JP2022552126A - Cooling plate system, method and apparatus for clean fuel electric vehicles - Google Patents
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Abstract
流体冷却剤を処理および循環させ、ヒートシンクデバイスとして機能するために連動する複数のボア、開口部および内部チャンバを含む冷却体を有する、実物大のクリーン燃料電動航空機のための冷却プレート装置の効率を向上させ、電気モータの冷却システムと相互接続し、伝導、対流および放射を使用して電気モータから熱エネルギを伝達するように協調的に機能し、さらに処理するために加熱された流体冷却剤を加熱されたモータコンポーネントから車両の他のコンポーネントに輸送し、次いで、冷却された流体冷却剤を電気モータの冷却システムに戻し、単一部品または最小限の部品から形成された省スペース設計で、加熱された流体冷却剤、冷却された流体冷却剤、および電気回路を効果的に分割して、故障モードを減らし、適切な空力特性を維持しながら、必要な留め具または接続部を減らして堅牢性および信頼性を向上させる。Efficiency of a cooling plate apparatus for a full-scale clean fuel electric aircraft having a cooling body comprising multiple bores, openings and internal chambers that work together to process and circulate a fluid coolant and act as a heat sink device. improve and interconnect with the cooling system of the electric motor, functioning cooperatively to transfer thermal energy from the electric motor using conduction, convection and radiation, and the heated fluid coolant for further processing. Transports from heated motor components to other components of the vehicle, then cools fluid coolant back into the electric motor's cooling system, in a space-saving design formed from a single or minimal number of parts for heating Effectively partitioning the heated fluid coolant, cooled fluid coolant, and electrical circuits to reduce failure modes and maintain adequate aerodynamics while reducing the number of fasteners or connections required for robustness and improve reliability.
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、両出願に共通するすべての主題について2019年10月8日に提出された同時係属中の米国仮出願第62/912,390号の優先権および利益を主張するものである。上記仮出願の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[Cross reference to related applications]
This application claims priority to and benefit from co-pending US Provisional Application No. 62/912,390, filed October 8, 2019, for all subject matter common to both applications. The disclosure of the above provisional application is incorporated herein by reference in its entirety.
本発明は、効率が向上した冷却プレート装置、システム、および方法に関する。これは、排他的ではないが、次世代空モビリティ(AAM)航空機を含む、電動航空機への特定の用途に見いだされ、垂直離着陸機(VTOL)マルチロータ航空機構成用の電気モータならびに固定翼およびその他の従来のプロペラ用途での実装に適しており、燃料電池モジュールまたはその他の搭載動力源は、水素および酸素またはその他の適切なエネルギ貯蔵物質を電気に変換し、次いで、アプリケーションおよびアーキテクチャに応じて、その電気を使用して1つまたは複数の電気モータを動作させる。冷却プレート装置、システム、および方法は、流体冷却剤を処理し、ヒートシンクおよび冷却剤循環デバイスとして機能するために連動する複数のボア、開口部、および内部チャンバを有し、電気モータの本体または冷却システムと相互接続し、電気モータのコンポーネントから加熱された流体冷却剤を輸送するために協調的に機能し、電気モータを流れるロータ電流またはステータ電流によって生成された熱を放散してトルクを生成する、冷却体を有する。冷却プレート装置は、伝導、対流、および放射を使用して熱または熱エネルギを電気モータから外へ伝達し、さらに処理するために流体冷却剤を車両の他のコンポーネントに輸送し、次いで、冷却された流体冷却剤を電気モータの冷却システムに戻し、単一部品または最小限の部品から形成された省スペース設計で、加熱された流体冷却剤、冷却された流体冷却剤、および電気回路を効果的に分割して、故障モードを減らし、適切な空力特性を維持してモータの機能および効率を向上させながら、必要な留め具または接続部を減らして堅牢性および信頼性を向上させる。 The present invention relates to cooling plate apparatus, systems, and methods with improved efficiency. It finds particular, but not exclusive, application to electric aircraft, including next-generation air mobility (AAM) aircraft, electric motors for vertical take-off and landing (VTOL) multi-rotor aircraft configurations, and fixed-wing and other suitable for implementation in conventional propeller applications, the fuel cell module or other on-board power source converts hydrogen and oxygen or other suitable energy storage substances into electricity and then, depending on the application and architecture, The electricity is used to operate one or more electric motors. A cold plate apparatus, system, and method have multiple bores, openings, and internal chambers that work together to process fluid coolant and serve as heat sinks and coolant circulation devices, and to the body or cooling of an electric motor. Interconnects with the system and functions cooperatively to transport heated fluid coolant from the components of the electric motor, dissipating heat generated by rotor or stator currents flowing through the electric motor to produce torque , has a cooling body. Cooling plate devices use conduction, convection, and radiation to transfer heat or thermal energy out of the electric motor and transport the fluid coolant to other components of the vehicle for further processing and then cooling. The heated fluid coolant is returned to the electric motor's cooling system, and a space-saving design formed from a single or minimal number of parts efficiently distributes the heated fluid coolant, the cooled fluid coolant, and the electrical circuit. to reduce failure modes and maintain proper aerodynamics to improve motor function and efficiency, while reducing the number of fasteners or connections required to improve robustness and reliability.
縮尺マルチロータ航空機(マルチコプタと呼ばれることもある)は新しいものではないが、それらは、人間の乗客を運ぶという厳密さ、または要件を意図していない縮尺モデルであり、大部分は玩具として使用されるか、または、無線制御リモコンによって動きが制御された状態で限られた期間の監視または航空写真撮影の目的のために使用される。その結果、これらのデバイスは、一般に電気モータ、基本的なバッテリ、ヒートシンクを含み、エンジンの付いた乗用車に通常、搭載されている冷却システムのためのラジエータ、流体(しばしば、冷却剤と呼ばれる)、冷却ファン、または監視デバイスが全くない単純な発電システムのみに依存している。例えば、米国特許出願第20120083945号は、特に縮尺マルチコプタに関するものであるが、FAA認定の乗客輸送を実施するために必要な安全性、構造、または冗長性の機能についても、耐障害性および状態変数解析を伴う実用的な乗客輸送車両を実施するために必要な、いかなるシステムについても言及されていない。人間の乗客を安全かつ確実に運び、米国および外国の空域内で動作できる実物大の航空機を提供するための動力学および完全性の要件は、以前の縮尺モデルのものとは大幅に異なる。 Scale multirotor aircraft (sometimes called multicopters) are not new, but they are scale models not intended for the rigor or requirement of carrying human passengers, and are mostly used as toys. or for surveillance or aerial photography purposes for a limited period of time with movement controlled by a radio-controlled remote control. As a result, these devices generally include electric motors, basic batteries, heat sinks, radiators, fluids (often called coolants), It relies only on a simple power generation system with no cooling fans or any monitoring devices. For example, U.S. Patent Application No. 20120083945 specifically relates to scaled multicopters, but also to the safety, structural, or redundancy features necessary to conduct FAA-approved passenger transportation, fault tolerance and state variables. No mention is made of any system necessary to implement a practical passenger transport vehicle with analysis. The dynamics and integrity requirements to provide a full-scale aircraft capable of safely and reliably carrying human passengers and operating within U.S. and foreign airspace differ significantly from those of previous scale models.
一般に、エンジンの付いた車両は、可動部品の摩擦による熱およびロータ電流またはステータ電流を使用して馬力または軸トルクを生成することによって発生する排熱を含む、それらの車両が使用する様々なシステムおよびサブシステムからの排熱を放散する必要がある。例えば、ブラシレスDCモータでは、ロータは、(ロータの観点から)DC磁場を生成する永久磁石を含むことができる。その磁場は、ステータコアの巻線(積み重ねられた積層で構成される)内を流れる電流と相互作用して、ロータとステータとの間に測定可能なトルクを生成し、回転を生じさせる。ロータが回転すると、ステータ電流の大きさおよび極性が連続的に変化し、その結果、トルクはほぼ一定に保たれ、電気エネルギから機械エネルギへの変換が効率的になり、電流制御はインバータ(例えば、3相変調インバータまたは同様に機能するデジタルコントローラ)によって実行される。このロータの回転および完全ではない効率でのエネルギ変換により排熱が発生し、加熱された部品により物理的な寸法が増加し、接触および回転する部品の摩擦を増やし、さらに熱が加わる。熱はまた、電流の継続的な流れに対する電気抵抗を増加させるため、効率に影響を与え、電流の流れにおける抵抗が大きくなると、部品およびコンポーネントがさらに加熱される。航空機、自動車、動力船、その他の車両は、発電の排熱を放散するためにラジエータをしばしば使用する。 In general, vehicles with engines use various systems that include heat from the friction of moving parts and waste heat generated by using rotor or stator currents to produce horsepower or shaft torque. and exhaust heat from subsystems must be dissipated. For example, in a brushless DC motor, the rotor may include permanent magnets that (from the rotor's perspective) generate a DC magnetic field. That magnetic field interacts with currents flowing in the windings of the stator core (consisting of stacked laminations) to produce a measurable torque between the rotor and stator, causing rotation. As the rotor rotates, the magnitude and polarity of the stator current changes continuously, so that the torque remains nearly constant, the conversion of electrical energy to mechanical energy is efficient, and the current control is controlled by an inverter (e.g. , a three-phase modulated inverter or a similarly functioning digital controller). The rotation of this rotor and the conversion of energy with less than perfect efficiency generates waste heat, the heated parts increase their physical dimensions, increase the friction of the contacting and rotating parts, and add additional heat. Heat also increases the electrical resistance to continued flow of current, thus affecting efficiency, with greater resistance to current flow causing more heating of parts and components. Aircraft, automobiles, power boats, and other vehicles often use radiators to dissipate waste heat from power generation.
車両がモータ、バッテリ、燃料電池、エンジン、発電機またはその他の手段を使用して車両の走行を推進、制御、操縦、または監視するかどうかにかかわらず、これらのコンポーネントは過剰な熱を生成し、過熱を防ぎ、効率的な動作温度を維持するためにシステムから管理および放散する必要がある。多くの場合、熱は、流体を使用して過剰な熱を生成するコンポーネントから遠ざけられる。これを行う1つの方法は、コンポーネントから加熱された空気をより低温の外気に移動させる、自然の空気流または冷却ファンを介して誘導される空気流のいずれかを使用することである。縮尺デバイスは、一般に、基本的なパッシブヒートシンクまたはコンピュータおよび他の一般的な電子デバイスと同じように表面積を増やして熱を放散する鋳造または成形フィンを備えたモータフレームおよびハウジングを含む、エンジンの付いた乗用車に通常、搭載されている冷却システムのためのラジエータ、流体(しばしば、冷却剤と呼ばれる)、冷却ファン、または監視デバイスがない単純な熱管理システムのみに依存している。別の一般的な方法は、コンポーネント内を移動する液体の流れを使用して、液体が回路内でより低温の領域に移動するときに加熱し、それによって、液体を発熱システム内に循環させながらコンポーネントの温度を下げる。外部環境への熱の放射および冷水貯蔵庫の両方を使用すると、システムの全体的な効率および、様々な動的条件に適応する能力が向上するが、必要なパラメータを達成するために熱力学原理を実装するには、より高度なシステムが必要である。 Whether the vehicle uses a motor, battery, fuel cell, engine, generator or other means to propel, control, steer or monitor the vehicle's travel, these components generate excessive heat. , must be managed and dissipated from the system to prevent overheating and maintain efficient operating temperatures. In many cases, heat is kept away from components that use fluids to generate excess heat. One way to do this is to use either natural airflow or airflow induced via a cooling fan to move the heated air away from the components to the cooler outside air. Scale devices generally include motor frames and housings with cast or molded fins to increase surface area and dissipate heat much like basic passive heat sinks or computers and other common electronic devices. It relies only on a simple thermal management system with no radiators, fluids (often called coolants), cooling fans, or monitoring devices for the cooling systems that are typically installed in passenger cars. Another common method is to use a flow of liquid moving through a component to heat the liquid as it moves to cooler areas in the circuit, thereby circulating the liquid through a heat generating system. Reduce component temperature. Although the use of both heat radiation to the external environment and cold water storage increases the overall efficiency of the system and its ability to adapt to varying dynamic conditions, thermodynamic principles are used to achieve the required parameters. A more sophisticated system is required to implement.
ヒートシンクは、熱エネルギをより高温のデバイスからより低温の流体媒体に伝達する。流体媒体は、空気、水、冷媒、または油であり得る。熱力学では、ヒートシンクは、温度を大幅に変化させることなく大量の熱または熱エネルギを吸収できる熱または熱エネルギ貯蔵庫として定義される。例えば、大気または海がヒートシンクとして機能し得る。熱源は、温度を大幅に変化させることなく大量のエネルギを供給できる熱貯蔵庫または熱エネルギ貯蔵庫である。電子デバイスの実用的なヒートシンクは、対流、放射、および伝導によって熱を伝達するために、周囲よりも高い温度を有する必要がある。電子機器の電源は完全に効率的ではなく、電気抵抗を受けるため、デバイスの機能に悪影響を与え得る余分な熱が発生する。したがって、熱を分散させるためにヒートシンクが設計にしばしば含まれる。 A heat sink transfers thermal energy from a hotter device to a cooler fluid medium. The fluid medium can be air, water, refrigerant, or oil. In thermodynamics, a heat sink is defined as a thermal or thermal energy reservoir capable of absorbing large amounts of heat or thermal energy without significantly changing its temperature. For example, the atmosphere or ocean can act as a heat sink. A heat source is a heat store or thermal energy store that can supply large amounts of energy without significantly changing the temperature. A practical heat sink for electronic devices must have a temperature above ambient to transfer heat by convection, radiation and conduction. Power supplies in electronic devices are not perfectly efficient and are subject to electrical resistance, which generates excess heat that can adversely affect device functionality. Therefore, heat sinks are often included in the design to spread the heat.
ヒートシンクの原理は、フーリエの熱伝導の法則に従って動作し、本体内に温度勾配がある場合、熱はより高い温度領域からより低い温度領域に伝達される。伝導によって熱が伝達される速度は、温度勾配と、熱が伝達される断面積の積に比例する。ニュートンの冷却の法則によれば、(伝導、対流、または放射にかかわらず)物体の熱損失(冷却)率は、本体とその周囲との間の温度差ΔTにほぼ比例する。ヒートシンクは、過剰な熱を生成している電子デバイスからの熱または熱エネルギを、より低温の周囲環境と接触したときにヒートシンクの周囲に伝達し、次いで、その過剰な熱を周囲環境に逃がして、それによって、電子デバイスを冷却する。 The principle of a heat sink operates according to Fourier's law of heat conduction, where heat is transferred from a higher temperature area to a lower temperature area if there is a temperature gradient within the body. The rate at which heat is transferred by conduction is proportional to the product of the temperature gradient and the cross-sectional area through which the heat is transferred. According to Newton's Law of Cooling, the rate of heat loss (cooling) of a body (whether conductive, convective, or radiant) is approximately proportional to the temperature difference ΔT between the body and its surroundings. A heat sink transfers heat or thermal energy from an electronic device that is producing excess heat to the surroundings of the heat sink when in contact with a cooler ambient environment, and then dissipates the excess heat to the ambient environment. , thereby cooling the electronic device.
逆に、ヒートポンプは、低温空間から熱を吸収してより高温空間に放出することにより、自発的な熱伝達とは反対方向に熱エネルギを移動させる。ヒートポンプは、少量の外部電源を使用して、熱源からヒートシンクにエネルギを伝達する作業を実行する。ヒートシンクは、電子機器または機械デバイスによって生成された熱を流体媒体、多くの場合、空気または液体冷却剤に伝達するパッシブ熱交換器であり、熱をデバイスから外へ放散し、それによって、デバイスの温度を最適なレベルに調整できる。ヒートポンプは、機械的作業または高温の熱源を使用して、より低温の熱源の場所からより高温のヒートシンクの場所に熱を移動させる機械またはデバイスである。ヒートポンプは、目的がヒートシンクを温めることである場合は「加熱器」として機能し、目的が熱源を冷やすことである場合は「冷却器」として機能し得る。いずれにせよ、動作原理は同じである。熱は比較的低温の場所から比較的高温場所に移動する。冷却が必要な物体と加熱が必要な物体を物理的に結合できない場合にそれらの物体を相互接続する1つの方法は、熱交換器および作動流体を使用することである。一般に熱交換器として知られている流体熱回収装置は、1つまたは複数の媒体間で熱を伝達するデバイスである。流体熱伝達は熱交換器で使用される最も一般的な媒体であり、ガス媒体も様々な用途内で使用される。流体(液体、気体および空気)は、密閉された領域で分離させることも、熱交換器内で直接接触させることもできる。この用途での流体は、流れることができ、力が作用すると流動し得て、形状が変化し得る液体または気体などの物質として慣習的な意味に従って定義される。流体の流れは、様々な供給源から様々な供給先に向けることができ、熱交換器が互いに離れた様々な物体の熱伝達を実行できるようになる。 Conversely, a heat pump moves heat energy in the opposite direction of spontaneous heat transfer by absorbing heat from a cold space and releasing it to a hotter space. A heat pump uses a small amount of an external power source to perform the task of transferring energy from a heat source to a heat sink. A heat sink is a passive heat exchanger that transfers heat generated by an electronic or mechanical device to a fluid medium, often air or liquid coolant, to dissipate the heat away from the device, thereby dissipating the heat away from the device. You can adjust the temperature to the optimum level. A heat pump is a machine or device that uses mechanical work or a hot heat source to move heat from a cooler heat source location to a hotter heat sink location. A heat pump can function as a "heater" if the purpose is to warm a heat sink, or as a "cooler" if the purpose is to cool a heat source. In any case, the principle of operation is the same. Heat moves from a relatively cold location to a relatively hot location. One method of interconnecting objects that need to be cooled and objects that need to be heated when they cannot be physically coupled is through the use of heat exchangers and working fluids. A fluid heat recovery device, commonly known as a heat exchanger, is a device that transfers heat between one or more media. Fluid heat transfer is the most common medium used in heat exchangers, and gaseous media are also used within various applications. The fluids (liquid, gas and air) can be separated in an enclosed area or in direct contact within the heat exchanger. A fluid in this application is defined according to its conventional meaning as a substance, such as a liquid or gas, that can flow, that can flow under the action of a force, and that can change shape. Fluid flow can be directed from different sources to different destinations, allowing the heat exchanger to perform heat transfer of different bodies apart from each other.
人間の乗客を安全かつ確実に運ぶことができる実物大の電気航空機を提供するための動力学および完全性の要件は、縮尺モデルのものとは大幅に異なる。このような車両には、先進アビオニクスおよび飛行制御技術と組み合わせて、高信頼性、安全性、単純性、および冗長性の制御機能を有する最先端の電気モータ、電子機器およびコンピュータ技術が必要である。車両に搭載された電力の生成および分配(例えば、1つまたは複数の燃料電池から1つまたは複数のモータまたはモータコントローラへ)には、非効率的な性能、排熱の発生率および放散率、メンテナンス、エラーおよび障害に関わるシステムの複雑性、空間、重量、空気力学、安全性に関わる制約を含むいくつかの課題があり、実行可能な飛行性能を達成するために、様々な設定および条件で関連する電磁、化学反応、および熱力学原理を実装するためのより効率的な方法を必要とする。 The dynamics and integrity requirements for providing a full-scale electric aircraft capable of safely and reliably carrying human passengers differ significantly from those of scale models. Such vehicles require state-of-the-art electric motors, electronics and computer technology with high reliability, safety, simplicity and redundancy control capabilities combined with advanced avionics and flight control technology. . The generation and distribution of electrical power on board a vehicle (e.g., from one or more fuel cells to one or more motors or motor controllers) involves inefficient performance, waste heat generation and dissipation rates, There are several challenges, including system complexity related to maintenance, errors and failures, constraints related to space, weight, aerodynamics and safety, to achieve viable flight performance in a variety of settings and conditions. There is a need for more efficient methods to implement relevant electromagnetic, chemical reaction, and thermodynamic principles.
他の機能を損なうことなく航空機のニーズに動的に対応し、適切な車両性能のために、1つまたは複数のモータを好ましい動作条件(例えば、温度)で維持するために、設計の有利な特性を活用して、電力(電圧および電流)の生成から生成される熱または熱エネルギの管理および分配の効率および効果を向上させる実物大のクリーンな燃料の電動VTOL航空機のための、特に発電サブシステムと併せてモータの冷却を強化するために、改良された軽量、高効率の耐障害性冷却プレートシステムの方法、および装置が必要である。さらに、航空機の飛行を正常に維持するために順守しなければならない飛行パラメータによって要求される車両の体積および質量の制限により、航空機内で使用されるシステムの数、質量、およびサイズを制限しながら、発電システムからの排熱を同時に放散し、電力および電気システムが過熱するのを防ぐ必要がある。本発明は、他の望ましい特性を有することに加えて、これらの必要性に対処するためのさらなる解決策に関する。具体的には、本発明は、本明細書では、マルチロータ航空機、個人用航空機(PAV)、または、それぞれが参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第9,764,822号、ならびに米国特許第9,242,728号に記載されている発明などの航空移動車両(AMV)とも呼ばれる、実物大のクリーン燃料の電気車両、特に実物大のマルチロータ航空機の設計の一部としての水素などの燃料から電気を生成するシステムを含むマルチロータ機体胴体を有する実物大の垂直離着陸有人または無人航空機において燃料電池モジュールを使用して電力の生成および分配によって生成される熱エネルギを管理するための方法および装置に関する。 To maintain one or more motors at favorable operating conditions (e.g., temperature) to dynamically respond to aircraft needs without compromising other functions and for proper vehicle performance, design advantages Power generation sub-particularly for full-scale clean-fuel electric VTOL aircraft that exploit properties to improve the efficiency and effectiveness of the management and distribution of heat or thermal energy generated from the generation of electrical power (voltage and current). There is a need for an improved lightweight, highly efficient fault tolerant cold plate system method and apparatus for enhancing motor cooling in conjunction with the system. In addition, vehicle volume and mass limitations dictated by the flight parameters that must be adhered to in order to maintain successful aircraft flight limit the number, mass, and size of the systems used within the aircraft. , the waste heat from the power generation system should be dissipated simultaneously to prevent the power and electrical system from overheating. The present invention is directed to additional solutions to address these needs, in addition to possessing other desirable properties. Specifically, the present invention herein is directed to a multirotor aircraft, a personal aircraft (PAV), or US Pat. No. 9,764,822, and US Pat. Full-scale clean-fuel electric vehicles, also called aeronautical mobile vehicles (AMVs), such as the invention described in Patent No. 9,242,728, particularly hydrogen as part of a full-scale multi-rotor aircraft design. A method for managing thermal energy generated by the generation and distribution of electrical power using fuel cell modules in a full-scale vertical take-off and landing manned or unmanned aircraft having a multi-rotor fuselage including a system for generating electricity from the fuel of and equipment.
本発明の例示的な実施形態によれば、冷却プレート装置は、底壁から軸方向にオフセットされた上壁を含む冷却体、上壁と底壁との間に挿入されたハブ壁、ハブ壁よりも中心軸からのオフセット距離が大きいハブ壁からオフセットされた周囲壁を含む。周囲壁は、上壁と底壁との間に挿入され、上壁の周囲と底壁の周囲とを接続する。上壁、底壁、ハブ壁、周囲壁、および冷却体はそれぞれ、熱伝導材料を含む。冷却プレートは、流体冷却剤(例えば、液体または気体)を保持および循環するように構成された内部流体空洞を含む。内部流体空洞は、ハブ壁の内面、上壁の内面、底壁の内面、および周囲壁の内面によって画定され、その内部に配置される。少なくとも1つの仕切り壁が上壁と底壁との間に挿入される。仕切り壁は、内部流体空洞の一部を分離し、内部流体空洞を通る方向性のある流れを可能にするように構成される。開口壁は、電気モータを通過して接続する電線用の通過導管から内部流体空洞を隔離する。複数の留め具が、冷却体の複数のボアのサブセットに適合するように構成される。複数のボアは、内部流体空洞の第1の部分に流体冷却剤を受け入れる1つまたは複数の流体入口、内部流体空洞の第2の部分から流体冷却剤を分配する1つまたは複数の流体出口をさらに画定する。 According to an exemplary embodiment of the invention, a cooling plate arrangement includes a cooling body including a top wall axially offset from a bottom wall, a hub wall interposed between the top and bottom walls, a hub wall comprising: A perimeter wall offset from the hub wall by a greater offset distance from the central axis than the perimeter wall. A perimeter wall is inserted between the top wall and the bottom wall and connects the perimeter of the top wall and the perimeter of the bottom wall. The top wall, bottom wall, hub wall, peripheral wall, and cooling body each include a thermally conductive material. The cooling plate includes an internal fluid cavity configured to hold and circulate a fluid coolant (eg, liquid or gas). An internal fluid cavity is defined by and disposed within the inner surface of the hub wall, the inner surface of the top wall, the inner surface of the bottom wall, and the inner surface of the peripheral wall. At least one partition wall is interposed between the top wall and the bottom wall. A partition wall separates a portion of the internal fluid cavity and is configured to allow directional flow through the internal fluid cavity. The open wall isolates the internal fluid cavity from a passage conduit for electrical wires that pass and connect to the electric motor. A plurality of fasteners are configured to fit a subset of the plurality of bores of the cooling body. The plurality of bores has one or more fluid inlets for receiving fluid coolant into a first portion of the internal fluid cavity and one or more fluid outlets for dispensing fluid coolant from a second portion of the internal fluid cavity. Define further.
本発明の態様によれば、冷却プレート装置は、電気モータの中心軸と位置合わせして、冷却プレート装置を通り、上壁を通り、底壁を通って延在する中央開口部および/またはハブ壁の外面によって囲まれ、画定されたそのドライブシャフトまたはプロペラシャフト、および電気モータに流入する流体冷却剤を内部流体空洞から隔離する1つまたは複数の流体導管ボアを含むことができる。冷却プレート装置は、冷却プレートの上面を電気モータのステータのハウジングまたは底部に取り付け、複数の留め具の第1のセットを使用して熱伝導接触を行い、電気モータと冷却プレート装置との間に熱伝導接合を生成することによって電気モータに取り外し可能に接続できる。複数の留め具の第1の留め具のセットはそれぞれボルトを有することができ、複数のボアの第1のサブセットのボアを使用して冷却体の上壁および底壁の両方を通って延在し、電気モータのステータのハウジングまたは底部内に配置されたモータボアと嵌合するようにねじ込まれ、複数のボアの第1のボアのセットは、電気モータの複数のモータボアと同心であり、同一径である。複数の留め具の第1の留め具のセットまたは第2の留め具のセットは、冷却プレート装置を通って延在し、冷却プレート装置を、支持ブラケット、細長い支持アーム、支持アーマチュアまたは機体胴体のうちの1つまたは複数に取り付けることができる。第2の留め具のセットはそれぞれボルトを有することができ、冷却体の底壁を通るが上壁は通らずに延在し、ねじ山を有し、ハブ壁または冷却体のうちの1つまたは複数の内側で終端するブラインドボアを有する複数のボアの第2のサブセットと嵌合するようにねじ込まれ得る。複数の留め具は、それぞれ、熱伝導材料を有することができる。 According to aspects of the invention, the cooling plate assembly has a central opening and/or hub extending through the cooling plate assembly, through the top wall, and through the bottom wall, aligned with the central axis of the electric motor. Surrounded and defined by the outer surface of the wall may include its drive shaft or propeller shaft and one or more fluid conduit bores that isolate fluid coolant entering the electric motor from the internal fluid cavity. The cooling plate assembly attaches the top surface of the cooling plate to the housing or bottom of the stator of the electric motor and uses a first set of fasteners to make thermally conductive contact between the electric motor and the cooling plate assembly. It can be removably connected to an electric motor by creating a thermally conductive bond. A first set of fasteners of the plurality of fasteners may each have a bolt and extend through both the top and bottom walls of the cooling body using bores of a first subset of the plurality of bores and threaded to mate with motor bores located in the housing or bottom of the stator of the electric motor, a first set of the plurality of bores being concentric with the plurality of motor bores of the electric motor and having the same diameter. is. A first set of fasteners or a second set of fasteners of the plurality of fasteners extends through the cooling plate assembly and attaches the cooling plate assembly to the support bracket, elongated support arm, support armature or fuselage. can be attached to one or more of the A second set of fasteners can each have a bolt, extend through the bottom wall of the cooling body but not the top wall, have threads, and can be threaded into one of the hub wall or the cooling body. or may be threaded to mate with a second subset of the plurality of bores having a plurality of internally terminating blind bores. Each of the plurality of fasteners can have a thermally conductive material.
本発明の態様によれば、冷却プレートは、電線が冷却プレート装置を通過できるように、寸法決めされ配置された通過開口を取り囲み、画定する外面を有する開口壁を含むことができ、開口壁は、内部流体空洞を通過開口から隔離し、開口壁の内面は、内部流体空洞をさらに画定し、電線は、電気モータまたはモータセンサを発電源サブシステムまたは診断サブシステムのうちの1つまたは複数に接続するための送電線または信号送電線を有する。 According to an aspect of the invention, the cooling plate can include an aperture wall having an outer surface surrounding and defining a passage aperture dimensioned and positioned to allow the electrical wires to pass through the cooling plate apparatus, the aperture wall comprising: , the internal fluid cavity is isolated from the passage opening, the internal surface of the opening wall further defines the internal fluid cavity, and the wires connect the electric motor or motor sensor to one or more of the power generation source subsystem or the diagnostic subsystem. Having power lines or signal lines for connecting.
本発明の態様によれば、ハブ壁の内面は、仕切り壁の内面と隣接できる。ハブ壁の内面は、開口壁の内面とも隣接できる。 According to aspects of the invention, the inner surface of the hub wall can abut the inner surface of the partition wall. The inner surface of the hub wall can also abut the inner surface of the aperture wall.
本発明の態様によれば、冷却プレート装置の上壁は、底壁と平行にできる。ハブ壁および周囲壁は断面が環状であり得て、上壁および底壁はそれぞれ円形の周囲を有し得て、ハブ壁は周囲壁と同心であり得る。ハブ壁および周囲壁はそれぞれ、ハブ壁が周囲壁と同心である間、冷却プレート装置の最大半径/外半径よりも小さい壁厚を有することができる。
ハブ壁、周囲壁、仕切り壁および開口壁はそれぞれ、上壁と底壁との間のオフセットの軸方向距離の軸方向高さを有することができ、それぞれが垂直な角度で底プレートの上面に結合し、それぞれが垂直な角度で上プレートの底面に結合する。ハブ壁の内面は、周囲壁、仕切り壁、開口壁の内面と隣接している。
According to aspects of the invention, the top wall of the cooling plate apparatus can be parallel to the bottom wall. The hub wall and the perimeter wall can be circular in cross-section, the top and bottom walls can each have circular perimeters, and the hub wall can be concentric with the perimeter wall. The hub wall and the perimeter wall can each have a wall thickness that is less than the maximum/outer radius of the cooling plate apparatus while the hub wall is concentric with the perimeter wall.
The hub wall, the perimeter wall, the partition wall and the aperture wall may each have an axial height of the offset axial distance between the top wall and the bottom wall, each being perpendicular to the top surface of the bottom plate. , each at a perpendicular angle to the bottom surface of the top plate. The inner surface of the hub wall abuts the inner surface of the perimeter wall, the partition wall and the opening wall.
本発明の態様によれば、冷却プレート装置は、流体冷却剤を内部流体空洞に受け入れるための流体入口を含むことができ、内部流体空洞が、冷却プレート装置の中心軸の周りに流体冷却剤を輸送し、流体出口から外へ流体冷却剤を分配するように成形され、流体入口から流入する流体冷却剤が、流体出口から流出する流体に混入するのを仕切り壁によって防ぐ。冷却剤の流量を増減させることで、冷却能力を調整できる。冷却能力は、特定の流体冷却剤または冷却剤媒体を選択することによっても調整できる(例えば、油または他の流体冷却剤ではなく水を使用する)。 According to aspects of the invention, the cooling plate apparatus may include a fluid inlet for receiving fluid coolant into an internal fluid cavity, the internal fluid cavity channeling the fluid coolant about a central axis of the cooling plate apparatus. The dividing wall is shaped to transport and distribute fluid coolant out of the fluid outlet and prevents fluid coolant entering the fluid inlet from being mixed with fluid exiting the fluid outlet. The cooling capacity can be adjusted by increasing or decreasing the flow rate of the coolant. Cooling capacity can also be adjusted by selecting a particular fluid coolant or coolant medium (eg, using water rather than oil or other fluid coolant).
本発明の態様によれば、冷却プレートは、電気モータによって生成された熱を、対流、放射、および/または伝導によって、電気モータから冷却体を通して、次いで、内部流体空洞内を循環する流体冷却剤に伝達するか、または冷却プレート装置の周囲の外部環境に排出する、電気モータのヒートシンクであり得る。冷却プレート装置の熱伝導材料は、熱伝導合金を含むことができる。熱伝導合金は、チタン、アルミニウム、またはそれらの組み合わせのうちの1つであり得る。 According to aspects of the invention, the cooling plate comprises a fluid coolant that circulates heat generated by the electric motor by convection, radiation, and/or conduction from the electric motor through the cooling body and then within the internal fluid cavity. It may be the heat sink of the electric motor that transmits to or discharges to the external environment around the cold plate apparatus. The thermally conductive material of the cooling plate apparatus can include thermally conductive alloys. The thermally conductive alloy can be one of titanium, aluminum, or combinations thereof.
本発明の態様によれば、上壁を含む冷却体の第1の部分は、熱伝導合金の第1の片部から機械加工でき、熱伝導合金の第2の片部から機械加工できる底壁を有する冷却体の第2の部分との液密構成に適合するように配置でき、次いで、第1の部分が冷却体の第2の部分に固定される。冷却体の底壁および/または冷却体の上壁は、底壁を上壁に嵌合するための1つまたは複数の結合構造をさらに有することができる。第1の部分は、複数の留め具の第3のセットを使用して冷却体の第2の部分に固定でき、それぞれがボルトを有し、冷却体の底壁を通るが上壁は通らずに延在し、ねじ山を有し、周囲壁、ハブ壁、または冷却体のうちの1つまたは複数の内側で終端するブラインドボアを有する複数のボアの第3のサブセットと嵌合するようにねじ込まれ得る。冷却体は、アルミニウムを含む熱伝導合金から両方とも構築された第1の部分および第2の部分を有し、第1の部分が第2の部分に結合され、第2の部分が流体空洞を生成する凹状の空洞を有し、流体シールを生成するガスケットは、第1の部分が第2の部分に結合されるときに、第1の部分と第2の部分との間に挿入される。代替の例示的な実施形態では、冷却プレート装置は、3次元(3D)印刷ツールまたは技術を使用して、熱伝導合金から単一部品として形成できる。冷却体全体は、アルミニウム、チタン、または当技術分野で知られている他の3D印刷材料から固体として3D印刷でき、単一の固体の外部形態および中空の内部を有し、その他の点では、本明細書に記載の主要な要素、コンポーネントおよび特徴を含む。 According to aspects of the invention, the first portion of the cooling body, including the top wall, is machinable from a first piece of heat transfer alloy and the bottom wall is machinable from a second piece of heat transfer alloy. The first portion is then secured to the second portion of the cooling body. The bottom wall of the cooling body and/or the top wall of the cooling body may further have one or more connecting structures for fitting the bottom wall to the top wall. The first portion can be secured to the second portion of the cooling body using a third set of fasteners, each having bolts through the bottom wall of the cooling body but not the top wall. to mate with a third subset of the plurality of bores having blind bores that extend into and have threads and terminate on the inside of one or more of the peripheral wall, the hub wall, or the cooling body can be screwed. The cooling body has a first portion and a second portion both constructed from a thermally conductive alloy including aluminum, the first portion coupled to the second portion and the second portion defining a fluid cavity. A gasket that has a concave cavity that it creates and that creates a fluid seal is inserted between the first portion and the second portion when the first portion is coupled to the second portion. In alternate exemplary embodiments, the cooling plate apparatus can be formed as a single piece from a thermally conductive alloy using three-dimensional (3D) printing tools or techniques. The entire cooling body can be 3D printed as a solid from aluminum, titanium, or other 3D printing materials known in the art, and has a single solid exterior form and a hollow interior, otherwise: It includes the main elements, components and features described herein.
本発明の態様によれば、複数のボアの第1のサブセットは、冷却プレート装置の中心軸から等半径距離でハブ壁内に、またはハブ壁を通って、第1のサブセットの各ボアの中心軸と、複数のボアの第1のサブセットの隣接するボアの中心軸との間の等距離を有する均一な間隔で配置できる。冷却プレートの複数のボアの第4のサブセットは、特定の電気モータのインターフェース設計に応じて、流体導管または電線およびそれらの接続部を電気モータに接続するように構成される導管ボアを含むことができる。 According to an aspect of the present invention, a first subset of the plurality of bores are arranged in or through the hub wall at an equiradial distance from the central axis of the cooling plate apparatus, centering each bore of the first subset. They can be evenly spaced with equidistant distances between the axes and central axes of adjacent bores of the first subset of the plurality of bores. A fourth subset of the plurality of bores in the cooling plate may include conduit bores configured to connect fluid conduits or wires and their connections to the electric motor, depending on the interface design of the particular electric motor. can.
本発明の態様によれば、内部流体空洞は、液体冷却剤または相変化流体であり得る流体冷却剤を含み、循環させることができる。内部流体空洞は、水、または不凍液(例えば、水とエチレングリコールとの組み合わせ、混合物または溶液)、または油を含む液体冷却剤を含み、循環させることができる。冷却プレート装置は、冷却プレートに取り外し可能に接続され、流体入口継手または流体出口継手を介して冷却プレートと流体連通している1つまたは複数の高圧管路または流体導管を使用することによって、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、冷却剤出口または冷却剤入口のうちの1つまたは複数と流体連通できる。冷却プレート装置は、電気モータの冷却システムまたは流体循環システムと流体連通でき、その場合、電気モータからの加熱された流体冷却剤は、内部流体空洞を使用して冷却プレート装置を通って循環され、対流、放射、および/または伝導を使用する熱エネルギ伝達によって加熱された流体冷却剤を冷却し、冷却された流体冷却剤は、その後、電気モータの冷却システムまたは流体循環システムに再循環される。冷却プレート装置は、1つまたは複数の高圧管路または流体導管を複数のボアの第5のサブセットに結合する流体入口継手を通して、1つまたは複数の高圧管路または流体導管から流体冷却剤を受け入れる1つまたは複数の流体入口を含むことができ、それによって、底壁を通して内部流体空洞の第1の部分への液密導管を形成する。冷却プレート装置は、1つまたは複数の高圧管路または流体導管を複数のボアの第6のサブセットに結合する流体出口継手を通して、1つまたは複数の高圧管路または流体導管に流体冷却剤を分配する1つまたは複数の流体出口を含むことができ、それによって、底壁を通して内部流体空洞の第2の部分への液密導管を形成する。冷却プレート装置は、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を含む冷却剤源と、第1の端部で、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を含む冷却剤源と、第2の端部で、スルーレット継手を使用する電気モータの冷却システムまたは流体循環システムの入口に取り外し可能に接続され、流体連通している複数のボアの第4のサブセットの流体導管ボアを通して配置された高圧管路または流体導管を有する入口管路と、電気モータの冷却システムまたは流体循環システムと、冷却プレート装置への電気モータの冷却システムまたは流体循環システムであって、第1の端部で、スルーレット継手を使用する電気モータの冷却システムまたは流体循環システムの出口および第2の端部で、冷却体の1つまたは複数の流体入口の入口継手に取り外し可能に接続され、流体連通している複数のボアの第4のサブセットの流体導管ボアを通して配置された高圧管路または流体導管を有する第1の中間管路と、流体冷却剤を受け入れるように構成される1つまたは複数の流体入口を介した冷却プレート装置の冷却体の内部流体空洞と、流体入口から流体出口への方向に内部流体空洞内を循環し、ハブ壁の内面、上壁の内面、底壁の内面、周囲壁の内面、仕切り壁の内面、開口壁の内面、またはそれらの組み合わせのうちの1つまたは複数との流体接触を維持する冷却プレート装置の中心軸と、流体出口継手を介して高圧管路または流体導管を有する出口管路の第1の端部に取り外し可能に接続され、流体連通している流体出口を介した冷却プレート装置の冷却体の内部流体空洞とを有する流体連通で相互接続されたコンポーネントを通る流体冷却剤の流れを生成でき、出口管路の第2の端部は、冷却剤源に取り外し可能に接続され、流体連通し、それによって、冷却剤の流れを冷却剤源から入口管路を通して、電気モータの冷却システムまたは流体循環システムへ、電気モータの冷却システムまたは流体循環システムから冷却プレート装置へ、第1の中間管路を通して、1つまたは複数の流体入口を介して、冷却プレート装置の冷却体の内部流体空洞へ、冷却プレート装置の中心軸の周りで、流体入口から流体出口への方向に、流体出口継手を介して出口管路を通して流体出口を介して内部流体空洞から出して、冷却剤源に戻し、伝導、対流、放射によって電気モータおよびその部品を冷却し、それによって、反復サイクルで非加熱の流体冷却剤を電気モータに輸送し、加熱された冷却剤を電気モータから輸送する。 According to aspects of the invention, the internal fluid cavity can contain and circulate a fluid coolant, which can be a liquid coolant or a phase change fluid. The internal fluid cavity can contain and circulate a liquid coolant, including water or antifreeze (eg, a combination, mixture or solution of water and ethylene glycol), or oil. The cooling plate apparatus provides cooling by using one or more high pressure lines or fluid conduits removably connected to the cooling plate and in fluid communication with the cooling plate via fluid inlet fittings or fluid outlet fittings. It can be in fluid communication with one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, a coolant outlet or a coolant inlet. The cooling plate assembly can be in fluid communication with a cooling system or fluid circulation system of the electric motor, wherein heated fluid coolant from the electric motor is circulated through the cooling plate assembly using the internal fluid cavities; Thermal energy transfer using convection, radiation, and/or conduction cools the heated fluid coolant, and the cooled fluid coolant is then recirculated to the electric motor's cooling system or fluid circulation system. A cooling plate apparatus receives fluid coolant from the one or more high pressure lines or fluid conduits through a fluid inlet fitting coupling the one or more high pressure lines or fluid conduits to a fifth subset of the plurality of bores. One or more fluid inlets may be included thereby forming a fluid tight conduit through the bottom wall to the first portion of the internal fluid cavity. A cooling plate apparatus distributes fluid coolant to the one or more high pressure lines or fluid conduits through a fluid outlet fitting coupling the one or more high pressure lines or fluid conduits to a sixth subset of the plurality of bores. One or more fluid outlets may be included to form a fluid tight conduit through the bottom wall to the second portion of the internal fluid cavity. The cooling plate apparatus includes a coolant source including one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, or a coolant outlet and, at a first end, a coolant pump, a coolant reservoir. , a coolant junction, or a coolant outlet, and at a second end to an inlet of a cooling system or fluid circulation system of an electric motor using a thrulet coupling. an inlet conduit having a high pressure conduit or fluid conduit disposed through fluid conduit bores of a fourth subset of the plurality of bores in operable connection and fluid communication; a cooling system or fluid circulation system for the electric motor; An electric motor cooling system or fluid circulation system to a cooling plate arrangement, at a first end and at an outlet of the electric motor cooling system or fluid circulation system using a thrulet joint and at a second end, A first having a high pressure line or fluid conduit disposed through fluid conduit bores of a fourth subset of the plurality of bores removably connected to and in fluid communication with inlet fittings of one or more fluid inlets of the cooling body. one intermediate conduit and an internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate apparatus via one or more fluid inlets configured to receive a fluid coolant; Fluid circulating within the cavity and with one or more of the inner surface of the hub wall, the inner surface of the top wall, the inner surface of the bottom wall, the inner surface of the perimeter wall, the inner surface of the partition wall, the inner surface of the opening wall, or combinations thereof. a central axis of the cooling plate apparatus maintaining contact and a fluid outlet removably connected to and in fluid communication with a first end of an outlet conduit having a high pressure conduit or fluid conduit via a fluid outlet fitting; a flow of fluid coolant through the interconnected components in fluid communication with the internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate apparatus through the outlet conduit, the second end of the outlet conduit being disconnected to the coolant source; operably connected and in fluid communication thereby directing coolant flow from the coolant source through the inlet conduit to the cooling system or fluid circulation system of the electric motor and from the cooling system or fluid circulation system of the electric motor to the cooling plate apparatus; through the first intermediate conduit, through one or more fluid inlets, into the internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate apparatus, around the central axis of the cooling plate apparatus, from the fluid inlet to the fluid outlet. out of the internal fluid cavity through the fluid outlet through the outlet conduit through the fluid outlet fitting and back to the coolant source, conduction, An electric motor and its components are cooled by convection, radiation, thereby transporting unheated fluid coolant to the electric motor and heated coolant from the electric motor in repetitive cycles.
本発明の態様によれば、冷却プレート装置は、複数の流体入口、複数の入口管路、複数の中間管路、複数の流体出口、および複数の出口管路を含むことができ、複数の流体入口および複数の流体出口はそれぞれ、冷却体内に配置され、流体が内部流体空洞に出入りすることを可能にする。冷却プレート装置は、複数の入口および複数の出口のそれぞれを通る流体冷却剤の流れを生成するようにさらに構成できる。 According to aspects of the present invention, a cooling plate apparatus can include multiple fluid inlets, multiple inlet conduits, multiple intermediate conduits, multiple fluid outlets, and multiple outlet conduits, wherein multiple fluid An inlet and a plurality of fluid outlets are each disposed within the cooling body to allow fluid to enter and exit the internal fluid cavity. The cooling plate apparatus can be further configured to generate a flow of fluid coolant through each of the plurality of inlets and the plurality of outlets.
本発明の態様によれば、冷却プレート装置は、電気モータの冷却システムに間接的に結合でき、直接流体連通することはできない。冷却体は、電気モータの熱伝導コンポーネントと相互接続でき、それによって、上壁、ボア、および留め具を使用する表面接触および伝導によって、電気モータから冷却体に熱を伝達する。次いで、冷却された流体冷却剤は、再循環させることができ、冷却プレート装置は、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を有する冷却剤源と、第1の端部で、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を有する冷却剤源と、第2の端部で、冷却体の内部流体空洞に流体冷却剤を受け入れるように構成される冷却体の1つまたは複数の流体入口の入口継手に取り外し可能に接続され、流体連通している高圧管路または流体導管を有する入口管路と、流体入口から流体出口への方向に内部流体空洞内を循環し、ハブ壁の内面、上壁の内面、底壁の内面、周囲壁の内面、仕切り壁の内面、開口壁の内面、またはそれらの組み合わせのうちの1つまたは複数との流体接触を維持する冷却プレート装置の中心軸と、流体出口継手を介して高圧管路または流体導管を有する出口管路の第1の端部に取り外し可能に接続され、流体連通している流体出口を介した冷却プレート装置の冷却体の内部流体空洞とを有する流体連通で相互接続されたコンポーネントを通る流体冷却剤の流れを生成でき、出口管路の第2の端部は、冷却剤源に取り外し可能に接続され、流体連通している。それによって、冷却プレート装置は、冷却プレート装置に冷却剤の流れを、冷却剤源から入口管路を通して、1つまたは複数の流体入口を介して、冷却プレート装置の冷却体の内部流体空洞へ、冷却プレート装置の中心軸の周りで、流体入口から流体出口への方向に、流体出口継手を介して出口管路を通して流体出口を介して内部流体空洞から出して、冷却剤源に戻し、伝導、対流、放射によって電気モータおよびその部品を冷却し、それによって、反復サイクルで電気モータからの熱を輸送する。 According to aspects of the invention, the cooling plate assembly may be indirectly coupled to the cooling system of the electric motor and not in direct fluid communication. The cooling body can be interconnected with heat-conducting components of the electric motor, thereby transferring heat from the electric motor to the cooling body by surface contact and conduction using top walls, bores, and fasteners. The cooled fluid coolant can then be recirculated, and the cooling plate apparatus has one or more of coolant pumps, coolant reservoirs, coolant junctions, or coolant outlets. a coolant source having, at a first end, one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, or a coolant outlet; and at a second end, a coolant body an inlet tube having a high pressure line or fluid conduit removably connected to and in fluid communication with an inlet fitting of one or more fluid inlets of a cooling body configured to receive a fluid coolant in an internal fluid cavity of the a passageway circulating within the internal fluid cavity in a direction from the fluid inlet to the fluid outlet, the inner surface of the hub wall, the inner surface of the top wall, the inner surface of the bottom wall, the inner surface of the peripheral wall, the inner surface of the partition wall, the inner surface of the opening wall; or a central axis of a cooling plate apparatus maintaining fluid contact with one or more of the combinations thereof and a first end of an outlet line having a high pressure line or a fluid conduit via a fluid outlet fitting. capable of producing a flow of fluid coolant through the interconnected components in fluid communication with the internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate apparatus via a fluid outlet removably connected and in fluid communication with the outlet pipe; A second end of the passage is removably connected to and in fluid communication with a coolant source. The cooling plate assembly thereby directs coolant flow to the cooling plate assembly from a coolant source through an inlet conduit, via one or more fluid inlets, into an internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate assembly, around the central axis of the cooling plate device, in the direction from the fluid inlet to the fluid outlet, through the outlet conduit through the fluid outlet fitting, out of the internal fluid cavity through the fluid outlet, back to the coolant source, conduction, Convection, radiation cools the electric motor and its components, thereby transporting heat from the electric motor in repetitive cycles.
本発明の態様によれば、冷却プレート装置は、周囲壁内または周囲壁を通って配置され、流体入口、流体出口、流体導管ボア、またはセンサポートのうちの1つまたは複数を画定するボアの第7のサブセットをさらに有することができる。電気モータを通過して接続する電線は、電源線、3相電源コネクタ、温度センサ、ホールセンサ、速度および位置センサ、レゾルバ、タンデムレゾルバ、エンコーダ、電気的および機械的モータ角度を同期させるためのセンサ、または電気モータの位置、方向、および回転速度を制御するためのセンサのうちの1つまたは複数を有することができる。電線の追加の電線は、冷却プレート装置または電線用の通過導管を通って延在する中央開口部を通過できる。 According to aspects of the present invention, the cooling plate apparatus is disposed in or through the peripheral wall of a bore defining one or more of a fluid inlet, a fluid outlet, a fluid conduit bore, or a sensor port. It can further have a seventh subset. Wires passing through and connecting electric motors include power wires, three-phase power connectors, temperature sensors, Hall sensors, speed and position sensors, resolvers, tandem resolvers, encoders, sensors for synchronizing electrical and mechanical motor angles. , or have one or more of the sensors for controlling the position, direction, and rotational speed of the electric motor. Additional wires of electrical wire can pass through a central opening that extends through the cold plate assembly or a passage conduit for the electrical wires.
本発明のこれらおよび他の特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より完全に理解されるであろう。 These and other features of the present invention will be more fully understood by reference to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
全体的な理解を提供するために、これから特定の例示的な実施形態を説明するが、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、他の適切な用途のためのシステムおよび方法を提供するように適合および修正でき、本明細書に記載されるシステムおよび方法の範囲から逸脱することなく、他の追加および修正を行うことができることを当業者であれば理解するであろう。具体的には、本明細書に記載のシステムおよび方法は、特定の電気モータの設計の機構に応じて、ロータまたはステータにかかわらず、電気モータの内部発熱領域に効果的な熱経路を実現できれば、インランナならびにアウトランナスタイルの電気モータに適用するように適合させることができる。 Although specific exemplary embodiments will now be described to provide a general understanding, the systems and methods described herein are intended to provide systems and methods for other suitable applications. can be adapted and modified, and other additions and modifications can be made without departing from the scope of the systems and methods described herein. Specifically, the systems and methods described herein can provide an effective heat path to the internal heat generating regions of an electric motor, whether the rotor or stator, depending on the mechanics of the particular electric motor design. , in-runner as well as out-runner style electric motors.
特に明記しない限り、図示の実施形態は、特定の実施形態の様々な詳細の例示的な特徴を提供するものとして理解でき、したがって、特に明記しない限り、図の特徴、コンポーネント、モジュール、および/または態様は、開示されるシステムまたは方法から逸脱することなく、他の方法で組み合わせ、分離、交換、および/または再配置できる。 Unless otherwise stated, the illustrated embodiments can be understood as providing exemplary features of various details of the particular embodiment, and thus unless stated otherwise, the features, components, modules and/or Aspects may be combined, separated, interchanged, and/or rearranged in other ways without departing from the disclosed system or method.
本発明の例示的な実施形態は、流体冷却剤を処理および循環させ、ヒートシンクデバイスとして機能するために連動する複数のボア、開口部および内部チャンバを含む冷却体を有する、冷却モータまたは他の発熱コンポーネントのための効率が向上した冷却プレート装置に関する。本発明は、電気モータの冷却システムと相互接続し、伝導、対流および放射を含む熱力学の原理を使用して電気モータから熱エネルギを伝達するように協調的に機能し、さらに処理するために加熱された流体冷却剤を加熱されたモータコンポーネントから車両の他のコンポーネントに輸送し、次いで、冷却された流体冷却剤を電気モータの冷却システムに戻すことができる。冷却プレート装置のコンポーネントの設計は、単一部品または最小限の部品から形成された省スペース設計で、熱伝達の好ましい速度およびベクトルを確立するために使用されるコンポーネントとの表面接触を増加させながら、他の流体の侵入を防ぐ装置の隔離された専用区画内で加熱された流体冷却剤、冷却された流体冷却剤、および電気回路を効果的に分割して、故障モードを減らし、適切な空力特性を維持しながら、必要な留め具または接続部を減らして堅牢性および信頼性を向上させる。冷却プレート装置は、コンピュータ支援設計(CAD)に基づき、電子ビームまたは選択的レーザ溶融、直接金属レーザ焼結(DMLS)、粉末床溶融、ガスメタルアーク溶接3D印刷、または当技術分野で知られている他のプロセスを使用した積層造形によるものを含む、3次元印刷ツールまたは技術を使用して、熱伝導合金から単一部品として形成し得る。 Exemplary embodiments of the present invention process and circulate a fluid coolant and have a cooling body that includes multiple bores, openings and internal chambers that work together to function as a heat sink device. It relates to a cooling plate apparatus with improved efficiency for components. The present invention interconnects with the cooling system of an electric motor and functions cooperatively to transfer thermal energy from the electric motor using the principles of thermodynamics including conduction, convection and radiation for further processing. The heated fluid coolant can be transported from the heated motor component to other components of the vehicle and then the cooled fluid coolant can be returned to the cooling system of the electric motor. The design of the components of the cooling plate apparatus is a space-saving design formed from a single piece or minimal pieces while increasing surface contact with the components used to establish the preferred rate and vector of heat transfer. , effectively partitioning the heated fluid coolant, cooled fluid coolant, and electrical circuits within an isolated dedicated compartment of the device that prevents the intrusion of other fluids, reducing failure modes and ensuring proper aerodynamics Improve robustness and reliability by reducing the number of fasteners or connections required while maintaining properties. The cold plate apparatus may be computer aided design (CAD) based, electron beam or selective laser melting, direct metal laser sintering (DMLS), powder bed melting, gas metal arc welding 3D printing, or as known in the art. It may be formed as a single part from the thermally conductive alloy using three-dimensional printing tools or techniques, including by additive manufacturing using other processes known in the art.
冷却プレート装置、方法およびシステムは、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第9,764,822号および米国特許第9,242,728号に記載されている車両のように、実物大のクリーン燃料の電動マルチロータ航空機に統合できる。統合システムの1つまたは複数の燃料電池モジュールは、個別に並列または直列に機能するが、連動して熱交換器によって液体水素から抽出されたガス状酸素およびガス状水素を処理するための複数の燃料電池を有し、複数の水素燃料電池から電子を収集するように構成される電気回路を使用して、複数のモータおよびプロペラアセンブリのそれぞれに対する電圧およびトルク、または、電流の量および分配を、選択および制御するように構成される、オートパイロット制御ユニットによって命令されるモータコントローラに電圧および電流を供給する。揚力および推進力は、ロータとも呼ばれる、直接接続された二重反転プロペラの対をそれぞれ駆動する小型のACまたはDCブラシレス電気モータの対によって提供される。モータの各対に二重反転プロペラを使用すると、回転慣性によって生成するはずのトルクが相殺される。燃料電池モジュール、モータ、モータコントローラ、バッテリ、回路基板、およびその他の電子機器では、過剰な熱または排熱を除去または放散しなければならない。統合システムは、冷却剤を貯蔵および輸送するように構成される、1つまたは複数の燃料電池モジュールと流体連通する1つまたは複数のラジエータを有する少なくとも発電サブシステムおよび、複数の流体導管で構成される熱交換器を有する熱エネルギ制御サブシステムを備える。統合システムはまた、1つまたは複数の燃料電池モジュールと流体連通し、液体水素、ガス状水素、または同様の流体などの燃料を貯蔵および輸送するように構成される燃料槽を有する燃料供給サブシステムを備えることができる。電圧および電流を生成するために1つまたは複数の燃料電池モジュールによって電力が供給される場合、電子機器は、発電および過剰な熱または熱エネルギの生成を監視および制御し、次いで、モータコントローラは、各モータに指令された電圧と電流を制御し、その性能を測定するために、プログラムされた単一または冗長デジタルオートパイロット制御ユニット(オートパイロットコンピュータ)による自動コンピュータ監視、またはモータ管理コンピュータを含む制御システムを使用して、各モータコントローラおよびモータを制御して、ピッチ、バンク、ヨーおよび仰角を生成し、さらに同時に、航空機コンポーネントの温度および熱伝達を測定、計算、調整しながら、冷却および加熱のパラメータおよび熱力学的動作条件、弁およびポンプを同時に制御して、モータ、燃料電池、およびその他の重要なコンポーネントが動作パラメータを超えないように保護する。1つまたは複数の温度検知デバイスまたは熱エネルギ検知デバイスは、1つまたは複数の熱基準を使用するエネルギ伝達のための1つまたは複数の優先順位を有する、温度調整プロトコルを計算し、温度調整プロトコルに基づいて、1つまたは複数の供給源から1つまたは複数の熱エネルギ移動先への熱エネルギ伝達の量および分配を選択および制御するように構成されるコンピュータプロセッサを有するオートパイロット制御ユニットを使用して熱力学的動作条件を測定するように構成される。 Cooling plate apparatus, methods and systems can be used in full-scale, such as vehicles described in U.S. Pat. It can be integrated into clean-fuel electric multi-rotor aircraft. The one or more fuel cell modules of the integrated system function individually in parallel or in series, but in conjunction with multiple modules for processing gaseous oxygen and gaseous hydrogen extracted from liquid hydrogen by heat exchangers. using an electrical circuit having a fuel cell and configured to collect electrons from a plurality of hydrogen fuel cells to control the voltage and torque, or the amount and distribution of current, to each of a plurality of motor and propeller assemblies; It supplies voltage and current to a motor controller commanded by an autopilot control unit configured to select and control. Lift and propulsion are provided by a pair of small AC or DC brushless electric motors that each drive a pair of directly connected counter-rotating propellers, also called rotors. Using contra-rotating propellers for each pair of motors cancels out the torque that would otherwise be produced by rotational inertia. Excess or waste heat must be removed or dissipated in fuel cell modules, motors, motor controllers, batteries, circuit boards, and other electronic equipment. The integrated system is comprised of at least a power generation subsystem having one or more radiators in fluid communication with one or more fuel cell modules configured to store and transport coolant, and a plurality of fluid conduits. a thermal energy control subsystem having a heat exchanger with a The integrated system also includes a fuel delivery subsystem having a fuel reservoir in fluid communication with the one or more fuel cell modules and configured to store and transport fuel such as liquid hydrogen, gaseous hydrogen, or similar fluids. can be provided. When powered by one or more fuel cell modules to produce voltage and current, the electronics monitor and control the generation of electricity and excess heat or thermal energy, and the motor controller then: Controls that include automated computer monitoring, or motor management computers, through a single or redundant digital autopilot control unit (autopilot computer) programmed to control the commanded voltage and current to each motor and to measure its performance The system is used to control each motor controller and motor to produce pitch, bank, yaw and elevation angles, as well as control cooling and heating while simultaneously measuring, calculating and adjusting the temperature and heat transfer of aircraft components. Parametric and thermodynamic operating conditions, valves and pumps are controlled simultaneously to protect motors, fuel cells and other critical components from exceeding operating parameters. One or more temperature sensing devices or thermal energy sensing devices calculate a temperature adjustment protocol having one or more priorities for energy transfer using one or more thermal criteria; using an autopilot control unit having a computer processor configured to select and control the amount and distribution of thermal energy transfer from one or more sources to one or more thermal energy destinations based on to measure thermodynamic operating conditions.
図1~図25は、全体を通して同様の部品は同様の参照番号で示され、本発明による、軽量、高効率の耐障害性冷却プレート装置、方法、およびシステムの例示的な1つまたは複数の実施形態を示す。本発明は、図に示される例示的な1つまたは複数の実施形態を参照して説明されるが、多くの代替形態が本発明を具体化できることを理解されたい。当業者であれば、要素または材料のサイズ、形状、またはタイプなど、開示される実施形態のパラメータを、依然として本発明の精神および範囲に沿った方法で変更するための様々な方法をさらに理解するであろう。 1-25, wherein like parts are designated with like reference numerals throughout, illustrate one or more exemplary lightweight, highly efficient fault tolerant cold plate apparatus, methods and systems according to the present invention. 1 shows an embodiment. While the invention will be described with reference to one or more exemplary embodiments shown in the figures, it should be understood that many alternative forms may embody the invention. Those skilled in the art will further appreciate various ways for modifying parameters of the disclosed embodiments, such as size, shape, or type of elements or materials, in a manner still consistent with the spirit and scope of the invention. Will.
図1および図2は、本発明の様々な関連するコンポーネントのための冷却プレート装置100およびシステム接続性の例示的な実施形態を示す。冷却プレート装置100は、冷却プレート装置100が、搭載された電気モータ126の位置決めまたは空気力学を損なうことなく、1つまたは複数の電気モータ126のヒートシンクおよび構造的支持体として機能できるように、好適な強度の熱伝導材料から構築された空気力学的構成および構造の冷却体102を組み込んでいる。冷却体102は、1つまたは複数の取り付けブラケットと1つまたは複数の電気モータ126との間に介在する位置に配置できるように構築され、標準モータ留め具を、同一径および構成(例えば、ねじ山付き留め具のためのねじ山タイプ、リード、角度、ピッチ、始点、深さ、長径、短径、またはテーパを含む)のより長い熱伝導性留め具122と交換することのみを必要とし、モータおよび支持ブラケットのみに使用されていたのと同じ位置合わせ方法を継続して、モータ126、冷却プレート装置100、および支持ブラケットを嵌合させることができる。冷却プレート装置100は、いくつかの異なるモータタイプおよび直径を満たすように成形され、標準的な製造当初からのモータ126に存在する1つまたは複数のモータボア134と位置合わせされる複数のボア120を有する。冷却体102は、例えば、細長い支持アーム1004(例えば、航空機1000などの車両にある)に接続された取り付けブラケットを通し、次いで、複数のボア120のうちの1つまたは複数に挿入またはそれらを通し、次いで、任意選択で、1つまたは複数のモータボア134にねじ込まれるか、そうでなければ、それらに接続することによって、1つまたは複数のモータ126に挿入またはそれらを通して留め具122を固定することによって、モータ126の本体に接続できる。次いで、モータ126は、(例えば、モータ126のステータ130、フレームまたは本体への)冷却体102の取り付けが、ロータ132、モータシャフト128、および1つまたは複数のプロペラまたはロータ1006を回転させるモータ126の機能を妨げないように、1つまたは複数のプロペラまたはロータ1006に接続または結合され得る。例示的な実施形態では、冷却体102は、上壁104、底壁106、および周囲壁110を有し、それぞれの内面は、表面および冷却体102を含むコンポーネントを通してモータ126上で間接的に、またはモータ126と直接結合して、モータ126自体の内部冷却システムと流体連通することによって、モータ126によって生成された過剰な熱または排熱または熱エネルギを放散または除去するために、熱伝達を実行するために使用され得る流体冷却剤118を循環させるように構築された内部流体空洞116を画定する。モータ126の冷却システムに間接的に結合される場合、冷却プレート装置100は、冷却体102と、モータ126のベース、ステータ130、フレーム、または本体を含むモータ126の熱伝導コンポーネントとを相互接続し、それによって、表面接触およびボア(120、134)と留め具122との間の接触によって、モータ126から冷却体102に熱を伝達する。電気モータ126の冷却システムに直接結合される場合、冷却プレート装置100は、モータ126およびそのモータ126とともに使用される冷却源1010または熱伝達または管理システム1010(例えば、ラジエータ、ヒートシンク、または熱交換器)とシームレスに流体連通して、モータ126に出入りする流体冷却剤118の流れと相互接続する。冷却体102およびモータ126は、流体導管142または高圧管路に適合し、当技術分野で知られている任意の数の方法(例えば、クランプ、ロック、摩擦、接着剤など)によってそれらに確実に接続する1つまたは複数の流体入口継手146、1つまたは複数の流体出口継手150、または、1つまたは複数のスルーレット継手152を使用して冷却体102に取り付けることができる、流体冷却剤118を供給または除去するいくつかの流体導管142または高圧管路を使用して流体連通で相互接続し得る。スルーレット継手152は、熱力学的伝達の目的で冷却体102との接触を維持しながら、流体を冷却体102の内部に露出させることなく、流体冷却剤118をモータ126にバイパスするように設計、構築、および配置される。例示的な実施形態では、冷却プレート装置100は、モータシャフト128または電線140が通過またはアクセスされ得る電気モータ126の中央開口部124と位置合わせされる冷却プレート装置100を通って延在する中央開口部124を備える。重要なことに、冷却体102は特に、中央開口部124、複数のボア120のうちの1つ、または、電気モータ126を通過して接続する電線140から内部流体空洞116を隔離する冷却体102の開口壁114によって画定される通過導管を使用して、電線140を冷却体102の内部または流体冷却剤118と接触させることなく、電線140を冷却体102の周囲を通して固定または誘導するように構築できる。冷却プレート装置100の壁およびコンポーネントは、冷却体102内の複数のボア120のサブセットに適合するように構成される複数の留め具122を使用して、確実に取り付けまたは嵌合できる。本明細書に記載のコンポーネントの相互接続は、電気モータ126が流体連通を提供するための任意の内部流体冷却ポートを有するか、またはその他の手段によって冷却されるかどうかに関係なく、電気モータ126の冷却を提供する。代替の例示的な実施形態では、冷却プレート装置は、第1の部分および第2の部分として、3次元(3D)印刷ツールを使用して熱伝導合金から両方とも形成でき、冷却体の底壁および/または冷却体の上壁は、底壁を上壁に嵌合するための1つまたは複数の結合構造をさらに備える。1つまたは複数の結合構造は、第1の部分および第2の部分の3次元(3D)印刷中に形成するか、またはその後に取り付けることができ、1つまたは複数の結合構造は、支柱、スロット、リブ、ペグ、フック、フィン、リップ、輪郭、指状突起、タブ、圧入、スナップフィット、ねじ山、突起、成形された凹部、それらの組み合わせ、または当技術分野で知られている同様の結合構造を含む1つまたは複数の一般的な結合デバイスおよびコンポーネントを有することができる。代替の実施形態では、冷却体は、当業者によって理解されるように、機械加工または3D印刷を容易にするために、嵌合、結合、相互接続または連動する様々な数のコンポーネントにさらに分割され得る。重要な態様は、液密にでき熱伝達が可能な内部流体空洞を作成しながら、様々な負荷を支持するものと説明されているコンポーネントを使用して剛性構造を形成することである。
1 and 2 illustrate exemplary embodiments of a
図3は、冷却プレート装置100の上壁104に結合または嵌合された電気モータ126の例示的な実施形態の断面側面図を示す。留め具122は、複数のボア120のサブセットを通り、ステータ130に隣接するモータボア134のサブセットにねじ込むことによって冷却体102をモータ126に固定し、ロータ132が中央開口部124と位置合わせされるシャフト128を中心に回転することを可能にする。冷却体102の中央開口部124の周りで、上壁104と底壁106との間に挿入されたハブ壁108は、留め具122がハブ壁108の厚さを通過し、内部流体空洞116との流体接触から隔離されたままであるが、ハブ壁108の表面を通して内部から熱または熱エネルギを伝達または送信できるように、内部流体空洞116の一部を冷却体102の外部から分離し、留め具122が冷却体102をモータ126に固定するためのボア120のサブセットを有する。例示的な実施形態では、冷却体102の内部は、内部流体空洞116の部分を分離し、ハブ壁108および開口壁114の内面の周り、および周囲壁110の内面内で、1つまたは複数の流体入口144から、流体が冷却体102の内部から外部に通過することを可能にする、1つまたは複数の流体出口148への、内部流体空洞116を通る方向性のある流れを可能にするように構成される、上壁104と底壁106との間に挿入された少なくとも1つの仕切り壁112を含む。さらに、1つまたは複数の周囲壁ボア154は、ほとんどの場合、内部流体空洞116または留め具122を使用することによって、冷却プレート装置100のコンポーネントを互いに固定するために使用される、1つまたは複数の導管ボア138またはブラインドボア136に関して、1つまたは複数の流体出口148に1つまたは複数の流体入口144を設け得る。代替の実施形態は、当業者によって理解されるように、流体入口144、流体出口148またはボア120を、上壁104、底壁106、ハブ壁108または開口壁114などの他のものに配置し得る。
FIG. 3 illustrates a cross-sectional side view of an exemplary embodiment of
図4および図5は、内部流体空洞116の第1の部分に流体冷却剤118を受け入れる1つまたは複数の流体入口144、内部流体空洞116の第2の部分から流体冷却剤を分配する1つまたは複数の流体出口148、および1つまたは複数の流体導管142を通って電気モータ126に流入する流体冷却剤を内部流体空洞116から隔離する1つまたは複数の流体導管ボア138をさらに画定する複数のボア120のサブセットを使用して内部流体空洞116を通る流れを促進するために、流体入口144および流体出口148が仕切り壁112の反対側に配置される例示的な実施形態を示す、冷却プレート装置100の例示的な上面図を示す。この例示的な実施形態では、ボア120のサブセットのそれぞれの中心が、中央開口部124の中心軸および/またはハブ壁108の外面から等距離にあり、互いに等距離にあるように、2つの導管ボア138を含む複数のボア120のサブセットは、中央開口部124を画定するハブ壁108の外面からオフセットされた円形または環状構成で、冷却体102のハブ壁108を通って延在する。ボア120の配置は、当業者によって理解されるように、モータボア138、シャフト128、留め具122、導管、電線140、仕切り壁112、開口壁114、通過導管などに対応するように変更され得る。
4 and 5 illustrate one or more
図6および図7は、電気モータおよび冷却プレートコンポーネントの正面図、断面図および背面図を提示する例示的な図の例を示す。例示的な実施形態では、冷却プレート装置100の冷却体102は、中央開口部124が各タイプのモータ126のモータシャフト128と位置合わせされるように構築、構成、および配置される。ハブ壁108に配置された導管ボア138は、モータの内部冷却システムの入口および出口を含む対応するモータボア134と位置合わせされ、冷却体102を通りモータ126に入る任意選択のスルーレット継手152の挿入および取り付けを可能にする。開口壁114によって画定される通過導管は、モータ126から延在する電気端子、コネクタ、接合部、または電線140と位置合わせされ、その結果、開口壁114は、通過導管を通過する電線140を取り囲み、保護する一方で、取り付け、取り外し、検査、保守、および交換を含む目的のために、これらの電線140を冷却体102の内部から隔離し、接続部、端子、または接合部および電線140へのアクセスを可能にする。好ましい実施形態における複数のモータ126およびプロペラ1006のモータは、航空機モータとして動作可能で、空冷または液冷、あるいはその両方であるブラシレス同期3相ACまたはDCモータである。モータおよび燃料電池モジュール18は、電気抵抗および摩擦を含む力から過剰な熱または排熱を発生させるため、この熱は、管理および熱エネルギ伝達の対象となり得る。一実施形態では、モータは、燃料電池モジュール18とは別個の冷却ループまたは回路に接続される。別の実施形態では、モータは、燃料電池モジュール18との共有冷却ループまたは回路に接続される。
6 and 7 show examples of illustrative diagrams presenting front, cross-sectional and rear views of the electric motor and cooling plate components. In the exemplary embodiment, the cooling
図8および図9は、代替の電気モータのサイズ、構成、および支持ブラケットを含むサブコンポーネントに対応する、電気モータ126および冷却プレート装置100の継手および電気接続部または電気配線140の様々な例示的な図を示す。本明細書に記載の技術は、空冷、液冷、またはそれらの組み合わせを意図するかどうかにかかわらず、対象の本電気モータのいずれかに適用し得る。1つの例示的な実施形態では、本発明は、Emraxモデル268の非常に高い機械的負荷、液冷軸方向磁束同期永久磁石正弦波3相モータ/発電機と相互接続される。図10および図11は、電気モータ126、ボア120、134、冷却プレート継手146、150、152、ならびに図8および図9に対応する電気接続部または電気配線140の断面図およびカット断面図を示し、留め具122および電気コネクタまたは電気配線140が、コンポーネントに取り付けられるか、またはねじ込まれる場所を示す。
8 and 9 illustrate various exemplary fittings and electrical connections or wiring 140 of
図12は、電動モータ126の動作温度を管理するための、放射による熱放散および流体冷却剤118の循環に関連する例示的な実施形態の冷却ベクトルを示す、電気モータ126、ボア120、134、冷却プレート継手152のカット断面図の例示的な図の例を示す。
FIG. 12 illustrates exemplary embodiment cooling vectors associated with radiant heat dissipation and circulation of
図13は、詳細に冷却プレート継手146、150、152の例示的な図を示す。当業者によって理解されるように、業界で知られている様々な継手を使用して、流体導管142および高圧管路を固定し得る。例示的な実施形態では、サブコンポーネントのコンポーネント継手は、図示されたNPT継手を有する。これらの継手は、直線継手、または流体導管142および高圧管路142が適合する軸に沿って調整される垂直(90度)角度を有する継手を含み得る。
FIG. 13 shows an exemplary view of the cooling plate joints 146, 150, 152 in detail. As will be appreciated by those skilled in the art, various fittings known in the industry may be used to secure the
図14は、標準相コネクタ140を含む冷却プレート装置100の電気配線140コンポーネントの一例の詳細図を示す。電気配線140は、温度センサ、またはモータ126の動作条件を監視するために使用されるホールセンサを含むことができる。代替の実施形態では、相コネクタ140は、二重にされ、並列に配線され得る。複数のモータおよびプロペラ1006のモータ制御の場合、同期ACまたはDCブラシレスモータのために、各大電流コントローラから各モータに接続する3つの相が存在する。3つの相のうちの任意の2つの位置を逆にすることにより、モータを反対方向に駆動させる。代替として、モータコントローラ内には、同じ効果を可能にするソフトウェア設定があるが、反対方向に駆動するように指定されたモータにも逆ピッチ(これらは、左側と右側のピッチ、またはプーラ(通常)とプッシャ(反転)ピッチプロペラと呼ばれることもある)のプロペラ1006を有しなければならないため、結線接続することが好ましく、それによって、複数のモータおよびプロペラ1006を形成する。モータを逆回転対で動作させることは、そうでなければ車両を回転させようとする、回転トルクを相殺する。図15および図16は、電気接続部、電気配線、および流体導管コンポーネントの追加の詳細図の例を示す。電気モータ126を通過して接続する電線140は、電源線、3相電源コネクタ、温度センサ、ホールセンサ、速度および位置センサ、レゾルバ、タンデムレゾルバ、エンコーダ、電気的および機械的モータ角度を同期させるためのセンサ、または電気モータの位置、方向、および回転速度を制御するためのセンサのうちの1つまたは複数を有することができ、電線140の追加の電線は、冷却プレート装置100または電線140用の通過導管を通って延在する中央開口部124を通過する。例示的な実施形態では、UVWタイプの3相電源コネクタを使用できるが、代替の実施形態では、3相電源コネクタは、電気モータ126に取り付けられた1つのモータホールセンサ(HS)を有する2つのコントローラを使用するために、1つのシーケンスが3相コネクタを有し、2相が6つのコネクタを有する、2相コネクタ(2つのUVWタイプ)を有し得る。ほとんどのコントローラは、モータ126の位置、方向、および回転速度を制御するためにセンサを使用する。使用できるセンサタイプは、自動調整(電気的および機械的モータ角度の同期)およびコントローラソフトウェアの事前設定を使用して実装されたレゾルバ、エンコーダ、またはホールセンサを含む。例示的な実施形態では、レゾルバは、ユニテックコントローラ用のタイプLTN RE-15-1-A15、または2つのユニテックコントローラ用のタンデムレゾルバ用のTLTN RE-15-1-A15であり得る。代替の実施形態では、エンコーダは、emsisoコントローラ用のタイプRLS RM44SC(SSI)またはsevconコントローラ用のRLS RM44AC(sin-cos)であり得る。レゾルバ/エンコーダの代わりに、ホールセンサを使用して、電気モータ126の方向、位置、および回転速度を制御できる。ホールセンサはSS411Pタイプにできる。例示的な実施形態では、コントローラの中または近くに取り付けられた温度センサがコントローラに接続されている。このセンサは、モータ126を過負荷から保護する。いつでもモータ126の十分な冷却を可能にすることが重要である。モータ126に取り付けられた例示的な標準温度センサは、KTY81-210である。温度はサーマルカメラで測定することもでき、流体冷却剤圧力センサを使用して拡張することもできる。
FIG. 14 shows a detailed view of one example of the
図17A、図17B、図17C、図17Dは、熱エネルギ伝達および関連するコンポーネントのための統合システムを制御する論理を含む、本発明を実行するために使用され得る1つのタイプのシステムをブロック図形式で示す。ここで、個人用航空機(PAV)または無人航空機(UAV)の発電管理には、モータおよびプロペラアセンブリ1006、プライマリフライトディスプレイ1008、冷却源1010、または熱エネルギ制御サブシステム1010、放送型自動従属監視(ADSB)送信機/受信機、通常、内蔵されている全地球測位システム(GPS)受信機、燃料計、対気速度および垂直速度を計算するためのエアデータコンピュータ38、および冗長フライトコンピュータ(オートパイロットコンピュータとも呼ばれる)などの搭載機器が含まれる。前述の監視はすべて、航空機1000の動作および位置を監視するか、水素駆動燃料電池ベースの電気を生成する発電サブシステムおよび燃料供給サブシステムを監視および制御して、これらのシステムの動作および、高度、姿勢、対地速度、位置、地域の地形、推奨飛行経路、気象データ、残りの燃料および飛行時間、モータ電圧および現在の状態、意図する目的地、および安全な飛行を成功させるために必要なその他の情報などの航空機1000の状態データの様々な態様を表すディスプレイの提示を提供する。例示的な実施形態では、ミッション制御タブレットコンピュータまたはサイドアームコントローラは、指定されたルートまたは位置コマンドセットまたは達成される意図された動作をオートパイロットコンピュータ32および投票者42、モータコントローラ24、ならびに対気速度および垂直速度38を計算するためのエアデータコンピュータに送信し得る。いくつかの実施形態では、燃料槽、アビオニクスバッテリ、燃料ポンプおよび冷却システム、ならびにスタータ/オルタネータも、含まれ、監視され、および制御され得る。すべての燃料電池は、搭載された燃料槽によって供給され、その燃料を使用して、マルチロータ航空機1000の動力源を生成する。燃料電池ベースの発電サブシステムは、貯蔵された水素を圧縮空気と組み合わせて、水および熱のみの副産物で電気を生成し、それによって、燃料ポンプおよび冷却システムも含むことができる燃料電池モジュールを形成する。システムは、少なくとも、1)飛行制御ハードウェア、2)飛行制御ソフトウェア、3)飛行制御試験、4)モータ制御および配電サブシステム、5)モータ、6)燃料電池発電サブシステムのシステムおよびコンポーネントに関して、異常状態の間に予測可能な挙動を生み出す、事前に設計された耐障害性またはグレースフルデグラデーションを実装する。複数のモータコントローラは、高電圧、高電流の液冷または空冷コントローラであり得る。システムは、1つまたは複数のオートパイロット制御ユニットへの有線または無線(RF)接続を有する、ソフトウェアを含むミッション計画コンピュータおよび、クリーン燃料航空機1000との間の衝突回避、通行、緊急検出、および気象情報をソフトウェアに提供する、無線接続または有線接続のADSBユニットをさらに備える。コンピュータプロセッサおよび入力/出力インターフェースを有する1つまたは複数のオートパイロット制御ユニットは、シリアルRS232、コントローラエリアネットワーク(CAN)、イーサネット(登録商標)、アナログ電圧入力、アナログ電圧出力、モータ制御用のパルス幅変調出力、組み込みまたはスタンドアロンのエアデータコンピュータ、組み込みまたはスタンドアロンの慣性測定デバイスから選択されるインターフェースのうちの少なくとも1つを有し得る。1つまたは複数のオートパイロット制御ユニットは、制御アルゴリズムを動作させて、複数のモータコントローラのそれぞれに対するコマンドを生成し、クリーン燃料航空機のマルチロータ航空機の安定性を管理および維持し、フィードバックを監視できる。方法は、1つまたは複数の温度検知デバイスまたは熱エネルギ検知デバイスを使用してマルチロータ航空機の動作条件を繰り返し測定し、次いで、1つまたは複数の燃料電池モジュールのデータを使用して、比較、計算、選択、制御、および実行する段階を実行し、1つまたは複数の燃料電池モジュールによる電圧および電流またはトルクの生成および供給、およびマルチロータ航空機の動作条件を繰り返し管理できる。オートパイロットはまた、ピッチ、バンク角、ヨー、加速度などの他の車両状態情報を測定し、独自の内部センサおよび利用可能なデータを使用して車両の安定性を維持する役割を果たす。
Figures 17A, 17B, 17C, and 17D are block diagrams of one type of system that can be used to practice the present invention, including the logic that controls the integrated system for thermal energy transfer and related components. format. Here, personal air vehicle (PAV) or unmanned aerial vehicle (UAV) power generation management includes motor and
オートパイロットと複数のモータコントローラとの間のコマンドインターフェースは、機器セットごとに異なり、可変DC電圧、可変抵抗、CAN、イーサネット(登録商標)またはその他のシリアルネットワークコマンド、RS-232またはその他のシリアルデータコマンド、またはPWM(パルス幅変調)、シリアルパルスストリーム、または電気(フライバイワイヤ)または光(フライバイライト)形式で送信され得る、当業者に明らかな他のインターフェース規格などの各モータコントローラへの信号オプションを伴う場合がある。オートパイロットコンピュータ内で動作する制御アルゴリズムは、必要な状態分析、比較を実行し、結果として生じるコマンドを個別のモータコントローラに対して生成し、結果として生じる車両状態および安定性を監視する。車両を動作させるための電気エネルギは、燃料電池モジュールから導出され、燃料電池モジュールは、任意選択の大電流ダイオードまたは電界効果トランジスタ(FET)および回路ブレーカを通してモータコントローラに電圧および電流を提供する。モータコントローラはそれぞれ、RPMモードまたはトルクモードのいずれかでモータを制御することによって所望の推力を達成するために必要な電圧および電流を個別に管理し、各モータおよびプロペラ/ロータの組み合わせによる推力の生成を可能にする。車両あたりのモータコントローラおよびモータ/プロペラの組み合わせの数は、車両アーキテクチャ、所望のペイロード(重量)、燃料容量、電気モータのサイズ、重量、電力、および車両構造に応じて、わずか4個から16個以上にもなり得る。 The command interface between the autopilot and multiple motor controllers varies from instrument set to variable DC voltage, variable resistance, CAN, Ethernet or other serial network commands, RS-232 or other serial data Signaling options to each motor controller, such as commands, or other interface standards that may be sent in PWM (Pulse Width Modulation), serial pulse stream, or electrical (fly-by-wire) or optical (fly-by-light) formats, as will be apparent to those skilled in the art. may be accompanied by Control algorithms running within the autopilot computer perform the necessary state analysis, comparisons and generate resulting commands to the individual motor controllers to monitor the resulting vehicle state and stability. Electrical energy for operating the vehicle is derived from the fuel cell module, which provides voltage and current to the motor controller through optional high current diodes or field effect transistors (FETs) and circuit breakers. Each motor controller individually manages the voltage and current required to achieve the desired thrust by controlling the motors in either RPM mode or torque mode, controlling the amount of thrust by each motor and propeller/rotor combination. enable generation. The number of motor controllers and motor/propeller combinations per vehicle is as low as 4 to 16, depending on vehicle architecture, desired payload (weight), fuel capacity, electric motor size, weight, power, and vehicle construction It can be more than that.
図18は、電力(電圧および電流)の生成、分配、調整、および監視を制御する論理を含む、本発明のシステムの様々な制御インターフェースコンポーネントのための電気およびシステム接続性の例示的なシステム図を示す。複数のモータ126およびプロペラ1006のモータの対は、異なるRPMまたはトルク設定(オートパイロットがモータをRPMまたはトルクモードで制御しているかどうかによって決定される)で動作するように命令され、オートパイロット制御下で逆回転モータおよびプロペラ1006の対からのわずかに異なる量の推力を生成し、したがって、安定した飛行姿勢を維持するために、オートパイロットの6軸内蔵センサまたはリモート慣性センサからの位置フィードバックを使用して、ピッチモーメント、またはバンクモーメント、またはヨーモーメント、または高度の変化、または横方向の動き、または縦方向の動き、または同時に上記の任意の組み合わせを航空機1000に与える。センサデータは、各オートパイロットによって読み取られ、その物理的な動きおよび動きの速度が評価され、次いで、それらを3次元すべての命令された動きと比較して、必要な新しい動きコマンドが評価される。例示的な実施形態に含まれる機器およびプロトコルに応じて、一連のコマンドは、例えば、10~30ミリ秒の「フレーム」内に含まれる1.0~2.0ミリ秒の間で変化するパルス幅で表される、指定されたコマンド情報を搬送する一連のサーボ制御パルスの繰り返しを使用して送信され得る。このようにして、コマンド情報の複数のチャネルが各フレーム内の単一のシリアルパルスストリームに多重化される。モータのRPMは、制御線に印加されるパルスの持続時間によって決定される。別の実施形態では、モータコマンドは、オートパイロットからモータコントローラ24にデジタルで送信され得て、ステータスおよび/またはフィードバックは、適用可能な多くの利用可能なデジタルデータバスの1つであるイーサネッ(登録商標)トまたはCAN(コントローラエリアネットワーク)などのデジタルデータバスを使用して、モータコントローラ24からオートパイロットに返され得る。
FIG. 18 is an exemplary system diagram of the electrical and system connectivity for various control interface components of the system of the present invention, including the logic that controls power (voltage and current) generation, distribution, regulation, and monitoring. indicates The motor pairs of the plurality of
好ましい制御の実施形態では、命令された車両の動きおよびエンジンまたはモータのrpmコマンドは、1対のジョイスティックまたはサイドアームコントローラによっても具体化でき、ジョイスティック/サイドアームコントローラは、命令された動作を示す読み取り値(ポテンショメータ、ホール効果センサ、または回転可変差動変圧器(RVDT))を提供し、次いで、読み取り値は、適切なメッセージ形式に変換され、ネットワークコマンドまたは信号によってオートパイロットコンピュータ32に送信され、それによって、複数のモータコントローラ、モータおよびプロペラ/ロータ1006を制御するためにオートパイロットによって使用され得る。サイドアームコントローラまたはジョイスティックは、左右および前後の動きが可能な「ステアリングホイール」または操縦桿で具現化することもでき、2軸ジョイスティックまたは操縦桿は、ピッチコマンド(機首上げまたは機首下げ)およびバンクコマンド(左側上げまたは左側下げ)を示す2つの独立したシングルまたはデュアル冗長可変電圧またはポテンショメータ設定のセットを提供する。あるいは、ピッチおよびロールの動きの代わりに、オートパイロットはまた、オートパイロットが同時に車両を安定した、水平な、またはほぼ水平な状態に維持している間中に、「左に行く」、「右に行く」、「前進する」、「後方に行く」、「ヨー左」または「ヨー右」のコマンドを生成でき得る。この後者の制御手段は、翼のある航空機などの飛行車両よりも地上の車両(自動車など)の動きに似ているため、乗客により一層の快適さを提供する。
In a preferred control embodiment, the commanded vehicle movement and engine or motor rpm commands can also be embodied by a pair of joystick or sidearm controllers, the joystick/sidearm controller reading a signal indicating the commanded motion. provide a value (potentiometer, Hall effect sensor, or rotary variable differential transformer (RVDT)), the reading is then converted into an appropriate message format and sent to the autopilot computer 32 by network command or signal; It can thereby be used by the autopilot to control multiple motor controllers, motors and propeller/
航空機の1000の現在および意図された位置のアビオニクス、計装、および表示と組み合わせると、一組の機器により、オペレータは、車内、データリンクを介した地上、または事前に計画されたルートの割り当てによる自律的な動作のいずれであっても、航空機1000を簡単かつ安全に動作させ、意図する目的地に誘導できる。各モータの電気的動作特性/データは制御され、分析および意思決定のために投票システムに伝達される。モータコントローラ24への通信は、(本実施形態では)シグナルインテグリティを保護するために、光ファイバトランシーバがインラインで設置された、デジタルネットワークプロトコルであるCANを介して、オートパイロットとモータコントローラ24との間で行われる。飛行制御ハードウェアは、例えば、プロセッサを有する飛行コントローラの冗長セットを有し得て、それぞれは、3つの加速度計、3つのジャイロ、3つの磁力計、2つの気圧計、および少なくとも1つのGPSデバイスを有しえるが、ハードウェアおよびソフトウェアのデバイスの正確な組み合わせおよび構成は異なり得る。モータの性能に関連する測定パラメータには、モータ温度、IGBT温度、電圧、電流、トルク、および1分あたりの回転数(RPM)が含まれる。これらのパラメータの値は、所与の大気、電力、ピッチの条件下で予想される推力と相関している。
Combined with the avionics, instrumentation, and display of the aircraft's 1000 current and intended positions, the suite of instruments allows the operator to navigate in-vehicle, on the ground via a data link, or by pre-planned route assignment. Any of the autonomous operations can simply and safely operate the
燃料電池制御システムは、特定の使用構成に基づいて様々な数の燃料電池、例えば、耐障害性のために構成される3つの水素燃料電池のセットを有し得る。オートパイロット内に記憶されている1つまたは複数の飛行制御アルゴリズムは、CANを介して燃料電池から供給される電力を制御および監視する。三重モジュール冗長オートパイロットは、任意の1つの燃料電池の損失を検出し、相互接続の形態を使用して残りの燃料電池を再構成でき、したがって、燃料電池システムが安全降下および着陸を実行するために航空機1000の動作を継続できることを保証する。
The fuel cell control system may have varying numbers of fuel cells based on specific usage configurations, for example, a set of three hydrogen fuel cells configured for fault tolerance. One or more flight control algorithms stored within the autopilot control and monitor the power supplied from the fuel cell via CAN. A triple modular redundant autopilot can detect the loss of any one fuel cell and reconfigure the remaining fuel cells using the interconnection topology so that the fuel cell system can perform safe descents and landings. to ensure that
ADSB能力と結合されたアビオニクス表示システムの組み合わせにより、マルチロータ航空機1000は、他の近くの航空機からの放送データを受信でき、それによって、マルチロータ航空機1000は、他の航空機との接近遭遇を回避することと、他の協力する航空機との接近遭遇を回避するために、自機の位置データを放送することと、パイロットに表示するため、およびマルチロータ航空機1000内のアビオニクス表示システムで使用するための気象データを受信することと、航空交通管制官と相互作用または通信をほとんど、または全く必要とせず、マルチロータ航空機1000の動作を可能にすることと、米国航空宇宙システム下での自機の状態、協力する航空機の状態、および利用可能な飛行経路の動力学に基づいて、飛行経路の最適化のための計算を実行し、したがって、出発地から目的地までの最適な、または、ほぼ最適な飛行経路を実現することとを可能にする。
The combination of the avionics display system coupled with the ADSB capability allows the
図19は、マルチロータ航空機1000内の発電サブシステム内の少なくとも1つの燃料電池モジュール内の燃料電池のサブコンポーネントを含む、マルチロータ航空機1000内のコンポーネントの構成例を示す。一実施形態では、航空燃料電池モジュールは、1つまたは複数の水素駆動燃料電池を含み得て、各水素駆動燃料電池は、ガス状水素(GH2)または液体水素(LH2)、統合されたマニホールドを有する多機能スタックエンドプレート、空気フィルタ、ブロワ、風量計、燃料供給アセンブリ、再循環ポンプ、冷却剤ポンプ、燃料電池制御、センサ、エンドプレート、少なくとも1つのガス拡散層(GDL)、少なくとも1つの膜電解質アセンブリ、バッキング層および触媒層を有する膜電解質アセンブリのプロトン交換膜の両側のアノードおよびカソード体積、少なくとも1つのフローフィールドプレート、流体冷却剤導管142、接続部または接合部、水素入口、冷却剤入口、冷却剤出口、1つまたは複数の空気駆動ターボチャージャ、および1つまたは複数の燃料電池モジュールに接続され、流体連通し、流体冷却剤118を輸送する冷却剤導管、統合されたワイヤリングハーネス、統合された電子機器および制御によって燃料が供給される。統合された電子機器および制御装置は、燃料電池モジュールの温度センサまたは熱エネルギセンサとして動作し得て、それらは、燃料電池モジュールの熱伝達インフラストラクチャアーキテクチャにも統合され得て、したがって、動作によって生成された過剰な熱を電子機器および制御装置から遠ざけて、より効率的な動作を促進し、過熱を低減し得る。航空燃料電池モジュールは、航空宇宙用の軽量金属燃料電池コンポーネントでさらに構成され得る。例示的な実施形態では、燃料電池モジュール18は、72×12×24インチ(L×H×W)(182.88×30.48×60.96センチメートル)の寸法および120kg未満の質量を有する構成で、120kWの電力を生成し得る。1つまたは複数の燃料電池モジュールは、燃料槽からの水素を空気と結合して、電圧および電流を供給する。燃料電池の容器および配管は、関連する圧力および温度についてASMEコードおよびDOTコードに合わせて設計されている。
FIG. 19 illustrates an example configuration of components within
図20は、マルチロータ航空機のための制御パネル、計量器、およびセンサ出力の一例を示す。例示の実施形態では、本明細書に記載される動作分析および制御アルゴリズムは、搭載オートパイロットコンピュータによって実行され、飛行経路および他の有用なデータは、クリーン燃料VTOL航空機の動作条件、制御パネル、計量器およびセンサ出力を監視および表示するために使用される標準的なアビオニクスの構成を有する簡略化されたコンピュータおよびディスプレイを含み得るアビオニクスディスプレイに提示される。1つの例示的な実施形態では、温度センサを含む電子的に接続されたセンサから導出された、冷却剤温度ならびに、それぞれの燃料電池モジュール(下)ならびに気象データ(右半分)および空のハイウェイデータ(左半分)のそれぞれに関連する燃料残量、燃料電池温度およびモータ性能を含む燃料電池動作条件を示すために提供され得る、ディスプレイ提示を示す。また、車両のGPS対気速度(左上の垂直バー)およびGPS高度(右上の垂直バー)も示される。航空機1000がどこにいるのか、どのように動作しているのか、およびどこに向かっているのかについての総合的な3次元表現をオペレータに提示するために、機首磁方位、バンク、およびピッチも表示される。他の画面は、画面の下部に並ぶタッチセンサ式のボタンの列から選択できる。
FIG. 20 shows an example of control panels, scales, and sensor outputs for a multirotor aircraft. In an exemplary embodiment, the motion analysis and control algorithms described herein are executed by an on-board autopilot computer, and flight paths and other useful data are collected from clean-fuel VTOL aircraft operating conditions, control panels, metering Presented on an avionics display can include a simplified computer and display with standard avionics configuration used to monitor and display instrument and sensor output. In one exemplary embodiment, coolant temperature and respective fuel cell module (bottom) and weather data (right half) and sky highway data derived from electronically connected sensors including temperature sensors. (left half) shows a display presentation that may be provided to indicate fuel cell operating conditions including fuel level, fuel cell temperature and motor performance associated with each of the (left half). Also shown is the vehicle's GPS airspeed (upper left vertical bar) and GPS altitude (upper right vertical bar). Magnetic heading, bank, and pitch are also displayed to present the operator with a comprehensive three-dimensional representation of where
図21~図23は、冷却体102を有する熱伝達および熱交換コンポーネント、ならびに本発明の様々な燃料供給、発電、およびモータ制御コンポーネントのシステム接続性を含む、マルチロータ航空機1000内の燃料供給サブシステムおよび発電サブシステムの代替の例示的な位置を示すプロファイル図を示す。マルチロータ航空機1000内の熱伝達および冷却源1010コンポーネントを含む発電サブシステムの構成の例示的な実施形態は、冷却剤流体導管142とともに燃料供給および発電サブシステムを収容する位置および区画を示す図を示す。発電サブシステムは、特定の使用構成に基づいて様々な数の燃料電池、例えば、水素燃料電池のセットを有し得る。電池の動作および制御は、CANプロトコルまたは同様のデータバスまたはネットワークまたは無線または他の通信手段を介して可能になる。飛行制御アルゴリズムは、CANを介して燃料電池から供給される電力を変調および監視する。図23は、マルチロータ航空機1006機体胴体1002のフレームから延在し、ほぼ環状構成で支持アーム1008を伸長するプロペラ1006のアレイの位置を示す2つの図を示す。本発明の例示的な実施形態によれば、複数の電気モータ126は、細長い支持アーム1008によって支持され、航空機1000が上昇すると、細長い支持アーム1008は、航空機1000自体を(懸架状態で)支持する。マルチロータ航空機1000の側面および上面図は、本発明の実施形態による、冷却体102が明確に示されている複数のモータ126およびプロペラ1006アセンブリを支持する細長い支持アーム1008が取り付けられている、機体胴体1002の位置を示す、マルチロータ航空機1000のフレームから片持ち梁にされた6つのロータ(プロペラ1006)を示す。
FIGS. 21-23 illustrate the fueling subs in
図24は、発電サブシステムの最も基本的なコンポーネントおよびコンポーネント間の熱伝達のための相互に関連する導管とともに、燃料槽、燃料電池、ラジエータ、熱交換器、および空調コンポーネントの例示的な図を示す。統合システム燃料供給サブシステムは、炭素繊維エポキシシェルまたはステンレス鋼またはその他の頑丈なシェル、プラスチックまたは金属ライナ、金属界面、衝突/落下保護、ならびに圧力増大ユニット、LH2のAltポート、燃料補給ポート、スイッチ接点付き圧力計、圧力トランス/レベル/真空計/圧力調整器、スペアポート、1/4インチ(13.8ミリメートル)センサ(液体検出)および嵌合部A、B、およびCを有するLH2400L燃料槽を備える。嵌合部Cは、少なくとも1つの1インチ(34ミリメートル)ユニオン(熱交換器とのインターフェース)ならびにLH2をGH2に変換するための1/2インチ(21.7ミリメートル)安全弁、気化器または加熱コンポーネント、燃料配管、および熱交換器に送られるか、そうでなければ、燃料電池冷却剤118の水のための流体導管と接触している容器および配管を含む。嵌合部Aは、充電のための少なくとも1つの燃料供給連結部または少なくとも1つの燃料移送接続部、または充電のための燃料補給接続部、LH2燃料補給ポート(メス燃料移送接続部)を含む。嵌合部Bは、3/8インチB(17.3ミリメートル)(ベント)、充電のための1バール(100キロパスカル)のベント、自己圧力増大ユニット、少なくとも2つの安全逃し弁を含む。各部品は、1つまたは複数の燃料電池と流体連通しており、燃料槽は、ガス状水素(GH2)、液体水素(LH2)、または同様の流体燃料からなるグループから選択される燃料を貯蔵および輸送するように構成される。1つまたは複数の温度検知デバイスまたは熱安全センサは、燃料供給サブシステム内のガスの温度および濃度を監視し、1つまたは複数の圧力計、1つまたは複数のレベルセンサ、1つまたは複数の真空計、および1つまたは複数の温度センサも有する。
FIG. 24 shows an exemplary diagram of the fuel tank, fuel cell, radiator, heat exchanger, and air conditioning components along with the most basic components of the power generation subsystem and the interrelated conduits for heat transfer between the components. show. The integrated system fuel delivery subsystem includes a carbon fiber epoxy shell or stainless steel or other rugged shell, plastic or metal liner, metal interface, crash/drop protection, as well as a pressure increase unit, Alt port of LH2 , refueling port, LH 2 with pressure gauge with switch contacts, pressure transformer/level/vacuum gauge/pressure regulator, spare port, 1/4 inch (13.8 mm) sensor (liquid detection) and fittings A, B, and C It has a 400L fuel tank. Fitting C includes at least one 1 inch (34 mm) union (interface with heat exchanger) as well as a 1/2 inch (21.7 mm) safety valve for converting LH2 to GH2 , vaporizer or Including vessels and piping that are routed to the heating components, fuel piping, and heat exchangers or otherwise in contact with the fluid conduits for the water of the
一実施形態によれば、冷却システムは、燃料電池モジュール、モータ、モータコントローラ、および熱伝達による電子冷却用に構成される熱交換器およびラジエータを備える。熱交換器はそれぞれ、チューブ、ユニオン、真空ポート/フィードスルーおよびベントを有する。気化器は、流体導管142、パイプまたはチューブによって熱交換器と相互接続され得るか、または流体冷却剤118および流体導管142と接触することによって熱交換器自体として機能し得る。一実施形態では、熱交換器は、熱伝導率、一般的な熱力学および流体力学に関連する異なる原理を実施することによって、ある流体から別の流体にエネルギ/熱をより効率的に伝達する軽量アルミニウム熱交換器または小型流体熱交換器をさらに有し得る。そのような流体熱交換器は、流体導管142および高圧管路の内部を通常流れる温かいおよび/または熱い流体冷却剤118を使用する。熱エネルギは、流体導管142内の流体(冷却剤118)がシステムを通って流れるときに対流によって伝達され、移動する流体は、異なる温度の表面を有する流体導管142の内壁と接触し、分子の運動は、対流による単位表面あたりの熱伝達を確立する。次いで、熱伝導では、熱は、熱交換器本体内の2つのコンポーネント間の物理的接触の領域にわたって、より高温の流体導管142からより低温フローチューブ、導管142または高圧管路に自然に流れる。次いで、熱エネルギは、流入チューブ/燃料導管142/燃料配管142の内壁から、燃料フローチューブ/燃料導管142/燃料配管142の内壁の表面領域に接触することによって流れる圧力管路142内の流体に対流によって再び伝達される。
According to one embodiment, a cooling system comprises a fuel cell module, a motor, a motor controller, and a heat exchanger and radiator configured for electronic cooling by heat transfer. Each heat exchanger has tubes, unions, vacuum ports/feedthroughs and vents. The vaporizer may be interconnected with the heat exchanger by
熱交換器は、平行流、向流、および交差流を含む基準の流れにより分類され得る。熱交換器は、シェルおよびチューブ、プレート、フィン、スパイラル、および上記タイプの組み合わせであり得て、銅、ステンレス鋼、および合金およびそれらの組み合わせのうちの1つ、または他の導電性材料を有し得る。接続は、パイプを接続する任意の知られている方法を使用して行い得る。熱力学的動作条件の測定は、1つまたは複数の熱エネルギ源に対応する第1の温度を測定し、熱基準に対応する1つまたは複数の追加の温度を評価することを有し、1つまたは複数の熱基準は、動作パラメータ、警告パラメータ、機器設定、乗員制御設定、代替コンポーネント、代替帯、温度センサ、および外部基準情報からなるグループから選択される1つまたは複数の基準を有する。1つまたは複数の供給源は、発電サブシステム、外部温度帯、および燃料供給サブシステムからなるグループから選択される。1つまたは複数の熱エネルギ移動先は、発電サブシステム、内部温度帯、外部温度帯、および燃料供給サブシステムからなるグループから選択される。一実施形態では、燃料電池制御システムは、6つのモータおよび3つの燃料電池モジュールを有し、冗長接続により、3つの燃料電池のうちの任意の2つが6つのモータすべてに電力を供給できる。 Heat exchangers can be classified by reference flow, including co-current, counter-current, and cross-flow. The heat exchanger can be shell and tube, plate, fin, spiral, and combinations of the above types, comprising one of copper, stainless steel, and alloys and combinations thereof, or other electrically conductive materials. can. Connections may be made using any known method of connecting pipes. measuring a thermodynamic operating condition comprises measuring a first temperature corresponding to one or more thermal energy sources and evaluating one or more additional temperatures corresponding to a thermal reference;1 The one or more thermal criteria have one or more criteria selected from the group consisting of operating parameters, warning parameters, equipment settings, occupant control settings, alternate components, alternate zones, temperature sensors, and external reference information. The one or more sources are selected from the group consisting of a power generation subsystem, an external temperature zone, and a fuel supply subsystem. The one or more thermal energy destinations are selected from the group consisting of the power generation subsystem, the internal temperature zone, the external temperature zone, and the fuel delivery subsystem. In one embodiment, the fuel cell control system has six motors and three fuel cell modules, with redundant connections allowing any two of the three fuel cells to power all six motors.
また、少なくとも1つのラジエータ、冷却剤出口、例示的な燃料電池モジュール、冷却剤入口、空気流の検知および調節、および冷却剤(冷却水循環)ポンプも示される。熱エネルギ制御サブシステム1010は、燃料を有する燃料供給サブシステムに関連し、流体連通する第1の流体導管142および流体冷却剤118を有する発電サブシステムに関連し、流体連通する第2の導管に接続するように構成され、熱エネルギは、冷却剤から伝導によって伝導界面を横切って燃料に伝達され、それによって、燃料を温め、冷却剤を冷却し、1つまたは複数の温度検知デバイスまたは熱エネルギ検知デバイスは、燃料温度センサおよび冷却剤温度センサをさらに有する。追加のコンポーネントには、少なくとも1つの真空センサおよびポート、およびレベルセンサフィードスルーが含まれる。燃料供給サブシステムは、限定されないが、発電サブシステム(例えば、燃料電池モジュール)に供給するために、適切な方法で冷却剤導管を通る冷却剤の流れを監視、指示、ルート変更、および調整するために使用される、圧力トランスミッタ、レベルセンサ、冷却剤循環ポンプ、および圧力調整器のソレノイド弁を含む、様々なコンポーネントをさらに備える。一実施形態では、燃料は、発電サブシステム(例えば、燃料電池モジュール)から別個の冷却剤(例えば、熱交換器と流体連通する)によって供給され得て、別の実施形態では、燃料供給サブシステムは、冷却剤を輸送する冷却剤導管を有する冷却ループまたは回路を発電サブシステム(例えば、燃料電池モジュール)と共有し、追加の実施形態では、燃料供給サブシステムは、例えば、1つまたは複数の熱交換器による熱伝導性接触または間接接触のいずれかを介して、発電サブシステム(例えば、燃料電池モジュール)を含む様々なコンポーネントの冷却剤導管として機能する燃料配管を有し得る。オートパイロット制御ユニットまたはコンピュータプロセッサは、サブシステムのコンポーネントを動作させ、温度調整プロトコルに基づいて、発電サブシステムを有する1つまたは複数の供給源から、外部温度帯(少なくとも1つのラジエータまたは1つまたは複数の排気ポートを使用する)、および燃料供給サブシステム(熱交換器または気化器を有する熱エネルギ制御サブシステム1010を使用する)を含む、1つまたは複数の熱エネルギ移動先などへの熱エネルギ伝達の量および分配を計算、選択、および制御するようにさらに構成される。分配は、流体導管142またはHVACサブシステムを使用して、1つまたは複数の供給源から、燃料供給サブシステムを有する1つまたは複数の熱エネルギ移動先まで行われ得る。
Also shown are at least one radiator, coolant outlet, an exemplary fuel cell module, coolant inlet, airflow sensing and regulation, and a coolant (coolant circulation) pump. The thermal
熱エネルギ制御サブシステム1010の熱界面は、航空機1000上でかなりの距離で配置されている複数のサブシステムおよびコンポーネントを相互接続し、様々な移動先に転送するための熱および熱エネルギを輸送するための作動流体の使用を容易にするために重要である。熱界面はさらに、伝導を含む熱力学を使用して、1つまたは複数の熱交換器と流体連通する高圧管路によって供給される燃料に、熱交換器壁および熱交換器の表面を横切って、1つまたは複数の熱交換器と流体連通する冷却剤流体導管142によって供給される流体冷却剤118から熱または熱エネルギを伝達するように構成される1つまたは複数の熱交換器を有し、流体冷却剤118および燃料は、互いに物理的に隔離されたままである。1つまたは複数の供給源から1つまたは複数の熱エネルギ移動先への熱エネルギ伝達を実行した後、例示的な方法は、1つまたは複数の温度検知デバイスまたは熱エネルギ検知デバイスを使用して、発電サブシステム、燃料供給サブシステムおよび関連するサブシステムを有するマルチロータ航空機1000の熱力学的動作条件を繰り返し測定し、次いで、1つまたは複数の燃料電池および1つまたは複数のモータ制御ユニットのデータの比較、計算、選択および制御、および実行する段階を実行して、マルチロータ航空機1000の動作条件を繰り返し管理する。
The thermal interface of thermal
図25は、本発明のいくつかの例示的な実施形態が使用し得る測定-分析-調整-制御手法を簡略化された形態で示すフローチャートを含む、冷却プレート装置100を使用してモータ126の冷却を実行するための方法700の1つの例示的な実施形態による、本発明を示すフローチャートを示す。方法700は、ステップ702において、流体冷却剤118の流れを、冷却剤源1010(熱エネルギ制御サブシステム、その中の熱交換器、または燃料供給サブシステムの燃料槽と流体連通する1つまたは複数の熱交換器、または1つまたは複数の熱交換器またはラジエータと流体連通し、1つまたは複数のモータ126、モータコントローラ、および冷却体102と流体連通する複数の水素燃料電池を含む1つまたは複数の燃料電池モジュールを含む電力供給サブシステムのコンポーネントを有する)から、1つまたは複数の流体導管142を通って、電気モータ126の冷却システム内に向け、電気モータ126の冷却システムを通すことを備える。ステップ704において、電気モータ126の冷却システムから流体冷却剤118を除去し、冷却プレート装置100内に受け入れ、モータ126と流体連通している1つまたは複数の流体導管142から、流体冷却剤118が内部流体空洞116の第1の部分に流入する。ステップ706において、流体冷却プレート装置100の中央開口部124の周りで、流体入口144から流体出口148への方向に流体冷却剤118を循環させ、流体冷却剤118を、上壁104、底壁106、ハブ壁108、周囲壁110、仕切り壁112および開口壁114を含むすべての冷却体102の壁に接触させる。ステップ708において、1つまたは複数の流体出口148からの流体冷却剤118を、出口継手150(適切なボア120と一致および嵌合する)が取り付けられた内部流体空洞116の第2の部分からの1つまたは複数の流体導管142に分配する。システムは、ステップ710において、反復サイクルを再開し、流体冷却剤118を1つまたは複数の流体導管142を通して冷却剤源1010に戻し、それによって、マルチロータ航空機1000内の複数のモータ126およびプロペラ1006アセンブリを制御するように構成される複数のモータコントローラを有する電気回路内の電圧および電流を供給する発電サブシステムを冷却することを実行する。冷却剤源1010では、燃料電池、モータコントローラおよびモータ126の機能によって生成された過剰な熱は、排気ガスおよび/またはH2Oとともに排出され、ラジエータ上の強制空気流によって冷却される1つまたは複数の冷却剤が満たされたラジエータを使用して放散されるか、または、1つまたは複数の熱交換器によって使用される流体導管内の作動流体によって供給され、2つの異なる流体間の直接界面なしにLH2を加熱する熱エネルギ伝達によってLH2からGH2を抽出できる。本発明の工程段階が電気を生成するために繰り返し実行されるとき、熱または熱エネルギ(加熱された流体冷却剤118を含む)およびH2O蒸気が継続的に生成され伝達される。
FIG. 25 includes a flow chart illustrating, in simplified form, a measure-analyze-adjust-control technique that some exemplary embodiments of the invention may employ. 7 shows a flow chart illustrating the present invention according to one exemplary embodiment of a
代替の実施形態では、冷却剤源1010および発電サブシステムは、燃料電池の代わりに、エンジン、発電機、バッテリ、または当技術分野で知られている他の電源を有し得て、熱伝達および放散の段階は同じように機能する。オートパイロット制御ユニットまたはコンピュータプロセッサを使用して、発電サブシステムから1つまたは複数の熱エネルギ移動先への熱エネルギ伝達を実行することは、発電サブシステムのコンポーネントと流体連通する流体を使用して、熱または熱エネルギを熱エネルギ移動先に対応する異なる場所に輸送し、それによって、1つまたは複数の供給源の温度または過剰な熱エネルギを低減することを有し得る。これを実現するために、プロセッサは供給源および熱エネルギ移動先の対を選択し、対の記憶されたルーティングデータを取得し、次いで、適切な弁、調整器、導管、およびコンポーネントを始動、作動、または調整して、流体冷却剤118を含む作動流体を航空機1000を通して送り、流体の流れを供給源から1つまたは複数の熱エネルギ移動先に向ける。例えば、モータ126および冷却体102から加熱された流体を受け入れる燃料電池モジュールが排熱の放散および転送を必要とすることを温度調整プロトコルが示している場合、プロセッサは、燃料供給サブシステムを熱エネルギ移動先として選択し得て、プロセッサは、その燃料電池モジュールに接続され、流体連通する流体冷却剤導管142と流体連通する冷却剤ポンプおよび適切な弁を作動させ、その結果、流体冷却剤118が、燃料電池モジュールから、熱交換器につながるルートに沿って流体冷却剤導管142および配管を通って移動し、次いで、同様に、燃料配管85内のポンプおよび弁88を作動させ、したがって、冷却剤31および燃料30は、プロセッサが作動させた熱交換器57の別個の導管を通って同時に流れ、熱または熱エネルギが、より高温の冷却剤31から、熱交換器57の導管、壁および本体を横切って、より低温の燃料30に伝達され、それによって、燃料電池モジュール18の供給源の温度を下げ、燃料30、またはより一般的には燃料供給サブシステムの温度を上げる。1つまたは複数の供給源から1つまたは複数の熱エネルギ移動先への熱エネルギ伝達を実行することは、弁88および冷却剤ポンプ76を使用して燃料30または冷却剤31の流体流を迂回させることをさらに有し得て、冷却剤31は水および添加剤(不凍液など)を有し得る。プロセッサは燃料電池モジュール18を測定し続けながら、プロセッサは、流れを他の熱エネルギ移動先に迂回させるか、熱交換器への流れを減らすか、または熱交換器への流れを止めて、流れを異なる熱エネルギ移動先に向け直し得る。
In alternate embodiments, the
代替の実施形態では、発電サブシステムを含む1つまたは複数のモータ126および冷却剤源1010の両方と流体連通している冷却プレート装置100またはその中の冷却体102のうちの1つまたは複数を、追加のラジエータ、熱交換器、ベント、またはその他の熱放散手段を必要とせずに、これらのシステムの熱伝達および管理を行うラジエータとして使用し得る。各例示的な実施形態では、複数のプロセッサが連動して異なる機能を実行することで、エネルギ伝達タスクを達成し得る。統合システムは、コンポーネント、区画、およびサブシステムを反復的または継続的に測定して、設計および動作条件のパラメータを満たすために、航空機1000のエネルギ伝達および温度性能を絶えず調整する。1つまたは複数の温度検知デバイスまたは熱エネルギ検知デバイスを使用して、熱エネルギ源に対応する第1の温度および熱基準に対応する1つまたは複数の追加の温度を有するマルチロータ航空機1000の熱力学的動作条件を測定することは、燃料温度、燃料槽温度、燃料電池または燃料電池モジュールの温度、バッテリ温度、モータコントローラ温度、冷却剤温度またはピークコントローラ温度、モータ温度、またはピークモータ温度もしくは総モータ温度、ラジエータ60の温度、キャビン温度、および外気温度からなるグループから選択された1つまたは複数を測定することをさらに備える。温度調整プロトコルは、オートパイロット制御ユニット32またはコンピュータプロセッサおよび比較結果に基づくアルゴリズムを使用して、例示的な方法700および統合システムによって計算され得る。温度調整プロトコルに基づいて、1つまたは複数の供給源からの熱エネルギ伝達の量および分配を選択および制御することは、その供給源を改善された動作温度にするために、温度調整プロトコルに基づいて、1つまたは複数の熱エネルギ移動先を指示することをさらに有し、1つまたは複数の供給源からの熱エネルギ伝達の量および分配を選択および制御することをさらに有する。
In an alternative embodiment, one or more of the cooling
本明細書に記載される方法700およびシステムは、特定の航空機1000またはハードウェアまたはソフトウェア構成に限定されず、多くの航空機または動作環境での適用可能性を見いだし得る。例えば、本明細書に記載されるアルゴリズムは、ハードウェアまたはソフトウェア、あるいはそれらの組み合わせで実装できる。方法700およびシステム100は、1つまたは複数のコンピュータプログラムに実装でき、コンピュータプログラムは、1つまたは複数のプロセッサ実行可能命令を含むと理解できる。コンピュータプログラムは、1つまたは複数のプログラム可能なプロセッサ上で実行でき、プロセッサ、1つまたは複数の入力デバイス、および/または1つまたは複数の出力デバイスによって読み取り可能な1つまたは複数の記憶媒体(揮発性および不揮発性メモリおよび/または記憶要素を含む)に記憶できる。したがって、プロセッサは、1つまたは複数の入力デバイスにアクセスして入力データを取得でき、1つまたは複数の出力デバイスにアクセスして出力データを通信できる。入力および/または出力デバイスは、ミッション制御タブレットコンピュータ36、ミッション計画ソフトウェア34プログラム、スロットルペダル、サイドアームコントローラ、ヨークまたは操縦輪、またはプロセッサがアクセスできる他の動作表示デバイスのうちの1つまたは複数を有し得て、そのような前述の例は、網羅的なものではなく、例示のためのものであり、限定するものではない。
The
コンピュータプログラムは、好ましくは、コンピュータシステムと通信するために、1つまたは複数の高レベルの手続き型またはオブジェクト指向プログラミング言語を使用して実装されるが、必要に応じて、プログラムは、アセンブリ言語または機械語で実装できる。言語はコンパイルまたは解釈できる。 Computer programs are preferably implemented using one or more high-level procedural or object-oriented programming languages to communicate with a computer system, although programs may optionally be implemented in assembly language or It can be implemented in machine language. Languages can be compiled or interpreted.
したがって、本明細書で提供されるように、プロセッサは、いくつかの実施形態では、ネットワーク化された環境または通信環境で独立して動作できる3つの同一のデバイスに組み込むことができ、ネットワークは、例えば、イーサネット(登録商標)などのローカルエリアネットワーク(LAN)、またはRS232もしくはCANなどのシリアルネットワークを含むことができる。ネットワークは、有線、無線RF、またはブロードバンド、またはそれらの組み合わせとすることができ、異なるプロセッサ間の通信を容易にするために、1つまたは複数の通信プロトコルを使用できる。プロセッサは、分散処理用に構成でき、いくつかの実施形態では、必要に応じて、クライアントサーバモデルを利用できる。したがって、方法およびシステムは、複数のプロセッサおよび/またはプロセッサデバイスを利用して、必要なアルゴリズムを実行し、適切な車両コマンドを決定でき、3つのユニットで実装される場合、3つのユニットは、それらの間で投票して、取るべきアクションについて3つのうち2つの合意に達することができる。当業者によって理解されるように、投票はまた、別の数のユニット(例えば、1、2、3、4、5、6など)を使用して実行できる。例えば、投票では、他のシステム状態情報を使用して、偶数のユニットが一致しない場合に発生し得る任意の関係を断ち切ることができ、したがって、システムは、動作に対して許容可能なレベルの安全性を提供する合意に達する。 Thus, as provided herein, the processors, in some embodiments, can be embedded in three identical devices that can operate independently in a networked or communication environment, where the network For example, it may include a local area network (LAN) such as Ethernet, or a serial network such as RS232 or CAN. The network can be wired, wireless RF, or broadband, or a combination thereof, and can use one or more communication protocols to facilitate communication between different processors. The processors can be configured for distributed processing, and in some embodiments can utilize a client-server model if desired. Thus, the method and system can utilize multiple processors and/or processor devices to perform the necessary algorithms and determine appropriate vehicle commands, and when implemented with three units, the three units can can vote among themselves and reach agreement on two out of three actions to take. Voting can also be performed using other numbers of units (eg, 1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.), as will be appreciated by those skilled in the art. For example, voting can use other system state information to break any relationships that can occur when an even number of units do not match, thus ensuring that the system has an acceptable level of safety for operation. reach an agreement to provide sex.
提示を表示するためのプロセッサと統合するデバイスまたはコンピュータシステムは、例えば、ディスプレイを有するパーソナルコンピュータ、ワークステーション(例えば、Sun、HP)、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、iPad(登録商標)などのタブレット、または、本明細書で提供されているように動作できるプロセッサと通信できる別のデバイスを含むことができる。したがって、本明細書で提供されるデバイスは、網羅的なものではなく、例示のために提供されるものであり、限定するためのものではない。 Devices or computer systems that integrate with the processor for displaying presentations include, for example, personal computers with displays, workstations (e.g., Sun, HP), personal digital assistants (PDAs), tablets such as the iPad, Or, it can include another device that can communicate with the processor that can operate as provided herein. Accordingly, the devices provided herein are not exhaustive and are provided for purposes of illustration and not limitation.
「プロセッサ(a processor)」または「プロセッサ(the processor)」への言及は、スタンドアロンおよび/または分散環境で通信できる1つまたは複数のプロセッサを含むと理解でき、したがって、有線通信または無線通信を介して他のプロセッサと通信するように構成でき、そのような1つまたは複数のプロセッサは、類似または異なるデバイスであり得る1つまたは複数のプロセッサ制御デバイス上で動作するように構成できる。さらに、メモリへの言及は、特に明記しない限り、1つまたは複数のプロセッサ可読およびアクセス可能メモリ要素および/またはコンポーネントを含むことができ、これらは、プロセッサ制御デバイスの内部、プロセッサ制御デバイスの外部にあり得て、様々な通信プロトコルを使用して有線または無線ネットワーク経由でアクセスでき、特に明記しない限り、外部メモリデバイスおよび内部メモリデバイスの組み合わせを含むように構成でき、そのようなメモリは、用途に基づいて連続および/または分割できる。ネットワークへの言及は、特に明記しない限り、1つまたは複数のネットワーク、イントラネット、および/またはインターネットを含むことができる。 References to "a processor" or "the processor" can be understood to include one or more processors capable of communicating in a stand-alone and/or distributed environment, and thus via wired or wireless communication. , and such one or more processors may be configured to run on one or more processor-controlled devices, which may be similar or different devices. Further, references to memory, unless specified otherwise, may include one or more processor-readable and accessible memory elements and/or components, which may be internal to the processor-controlled device, external to the processor-controlled device. can be accessed over wired or wireless networks using various communication protocols, and unless otherwise specified, can be configured to include a combination of external and internal memory devices, and such memory may be can be continuous and/or segmented based on References to a network may include one or more networks, intranets, and/or the Internet, unless specified otherwise.
方法およびシステムは、その具体的な実施形態に関連して説明されてきたが、それらはそのように限定されるものではない。例えば、方法およびシステムは、6、8、10、12、14、16、またはそれ以上の独立したモータコントローラおよびモータ126を有する様々な車両に適用し、したがって、異なる動作能力を提供し得る。システムは、オペレータの制御下で動作させ得るか、または、地上からネットワークまたはデータリンクを介して動作させ得る。上記の教示に照らして多くの修正および変形が明らかになり得て、本明細書で説明および図示される部品の詳細、材料、および配置における多くの追加の変更は、当業者によって行われ得る。
Although the method and system have been described in connection with specific embodiments thereof, they are not so limited. For example, the methods and systems may apply to a variety of vehicles having 6, 8, 10, 12, 14, 16, or more independent motor controllers and
Claims (36)
底壁から軸方向にオフセットされた上壁と、
前記上壁と前記底壁との間に挿入されたハブ壁と、
前記ハブ壁よりも中心軸からのオフセット距離が大きい前記ハブ壁からオフセットされた周囲壁であって、前記周囲壁が、前記上壁と前記底壁との間に挿入され、前記上壁の周囲を前記底壁の周囲に接続する、周囲壁と、
循環流体冷却剤を保持および可能にするように構成される内部流体空洞であって、前記内部流体空洞が、前記ハブ壁の内面、前記上壁の内面、前記底壁の内面、および前記周囲壁の内面によって画定され、その内部に配置される、内部流体空洞と、
前記上壁と前記底壁との間に挿入された仕切り壁であって、前記仕切り壁が、前記内部流体空洞の一部を分離し、前記内部流体空洞を通る方向性のある流れを可能にするように構成される、仕切り壁と、電気モータを通過して接続する電線用の通過導管から前記内部流体空洞を隔離する開口壁とをさらに有する冷却体と、
前記冷却体の複数のボアのサブセットに適合するように構成される複数の留め具であって、前記複数のボアが、前記内部流体空洞の第1の部分に流体冷却剤を受け入れる1つまたは複数の流体入口と、前記内部流体空洞の第2の部分から流体冷却剤を分配する1つまたは複数の流体出口とをさらに画定する、複数の留め具と
を備え、
前記上壁、前記底壁、前記ハブ壁、前記周囲壁、および前記冷却体が、それぞれ熱伝導材料を有する、冷却プレート装置。 A cooling plate device,
a top wall axially offset from the bottom wall;
a hub wall interposed between the top wall and the bottom wall;
a peripheral wall offset from the hub wall having a greater offset distance from the central axis than the hub wall, the peripheral wall being interposed between the top wall and the bottom wall and around the top wall; a perimeter wall connecting to the perimeter of the bottom wall;
an internal fluid cavity configured to hold and allow a circulating fluid coolant, said internal fluid cavity comprising an inner surface of said hub wall, an inner surface of said top wall, an inner surface of said bottom wall, and said peripheral wall; an internal fluid cavity defined by and disposed within an interior surface of
a partition wall interposed between said top wall and said bottom wall, said partition wall separating a portion of said internal fluid cavity and allowing directional flow through said internal fluid cavity; and an open wall isolating said internal fluid cavity from a passage conduit for electrical wires connecting through an electric motor;
one or more fasteners configured to fit a subset of the plurality of bores of the cooling body, the plurality of bores receiving fluid coolant in a first portion of the internal fluid cavity; and a plurality of fasteners further defining fluid inlets of and one or more fluid outlets that distribute fluid coolant from a second portion of the internal fluid cavity;
A cooling plate apparatus, wherein said top wall, said bottom wall, said hub wall, said peripheral wall and said cooling body each comprise a thermally conductive material.
冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を有する冷却剤源と、
第1の端部で、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を有する冷却剤源および、第2の端部で、スルーレット継手を使用する前記電気モータの冷却システムまたは流体循環システムの入口に取り外し可能に接続され、流体連通している前記複数のボアの第4のサブセットの流体導管ボアを通して配置された高圧管路または流体導管を有する入口管路と、
第1の端部で、スルーレット継手を使用する前記電気モータの前記冷却システムまたは前記流体循環システムの出口と、および第2の端部で、前記冷却プレート装置の前記冷却体の前記内部流体空洞に流体冷却剤を受け入れるように構成される前記冷却体の前記1つまたは複数の流体入口の入口継手とに取り外し可能に接続され、流体連通している前記複数のボアの第4のサブセットの流体導管ボアを通して配置された高圧管路または流体導管を有する第1の中間管路と、
前記ハブ壁の内面、前記上壁の内面、前記底壁の内面、前記周囲壁の内面、前記仕切り壁の内面、開口壁の内面、またはそれらの組み合わせのうちの1つまたは複数との流体接触を維持しながら、前記流体入口から流体出口への方向に前記冷却プレート装置の中心軸の周りに流体冷却剤を循環させるように成形される前記内部流体空洞と、
第1の端部で、流体出口継手を介した前記冷却プレート装置の前記冷却体の前記内部流体空洞の流体出口と、出口管路の第2の端部で、前記冷却剤源に取り外し可能に接続され、流体連通している高圧管路または流体導管を有する前記出口管路とを有する流体連通で相互接続されたコンポーネントを通る流体冷却剤の流れを可能にし、
それによって、冷却剤の流れを、冷却剤源から前記入口管路を通して、前記電気モータの冷却システムまたは前記流体循環システムを通して、前記電気モータの前記冷却システムまたは流体循環システムから前記冷却プレート装置へ、前記第1の中間管路を通して、前記1つまたは複数の流体入口を介して、前記冷却プレート装置の前記冷却体の前記内部流体空洞へ、前記冷却プレート装置の前記中心軸の周りで、前記流体入口から前記流体出口への方向に、流体出口継手を介して出口管路を通して前記流体出口を介して前記内部流体空洞から出して、前記冷却剤源に戻し、伝導、対流、放射によって前記電気モータおよびその部品を冷却し、それによって、反復サイクルで非加熱の流体冷却剤を前記電気モータに輸送し、加熱された冷却剤を前記電気モータから輸送する、請求項30に記載の冷却プレート装置。 The cooling plate device is
a coolant source having one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, or a coolant outlet;
Using a coolant source having one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, or a coolant outlet at a first end and a thrulet coupling at a second end a high pressure line or fluid conduit disposed through fluid conduit bores of a fourth subset of said plurality of bores removably connected to and in fluid communication with an inlet of said electric motor cooling system or fluid circulation system; an inlet conduit;
At a first end an outlet of the cooling system or the fluid circulation system of the electric motor using a thrulet joint and at a second end the internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate arrangement. fluid in a fourth subset of the plurality of bores removably connected to and in fluid communication with an inlet fitting of the one or more fluid inlets of the cooling body configured to receive a fluid coolant in the a first intermediate conduit having a high pressure or fluid conduit disposed through the conduit bore;
fluid contact with one or more of the inner surface of the hub wall, the inner surface of the top wall, the inner surface of the bottom wall, the inner surface of the perimeter wall, the inner surface of the partition wall, the inner surface of an aperture wall, or combinations thereof. said internal fluid cavity shaped to circulate fluid coolant about a central axis of said cooling plate apparatus in a direction from said fluid inlet to fluid outlet while maintaining
fluid outlet of said internal fluid cavity of said cooling body of said cooling plate apparatus via a fluid outlet fitting at a first end and to said coolant source at a second end of an outlet conduit; enabling flow of a fluid coolant through interconnected components in fluid communication with said outlet line having a high pressure line or fluid conduit connected and in fluid communication;
thereby directing coolant flow from a coolant source through said inlet conduit, through said electric motor cooling system or said fluid circulation system, from said electric motor cooling system or fluid circulation system to said cooling plate arrangement; through the first intermediate conduit, through the one or more fluid inlets, into the internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate assembly, about the central axis of the cooling plate assembly, the fluid In the direction from the inlet to the fluid outlet, through the outlet conduit via the fluid outlet fitting, out of the internal fluid cavity via the fluid outlet and back to the coolant source, the electric motor is driven by conduction, convection and radiation. and parts thereof, thereby transporting unheated fluid coolant to said electric motor and transporting heated coolant from said electric motor in a repeating cycle.
冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を有する冷却剤源と、
第1の端部で、冷却剤ポンプ、冷却剤貯蔵庫、冷却剤接合部、または冷却剤出口のうちの1つまたは複数を有する冷却剤源と、第2の端部で、前記冷却体の前記内部流体空洞に流体冷却剤を受け入れるように構成される前記冷却体の前記1つまたは複数の流体入口の入口継手に取り外し可能に接続され、流体連通している高圧管路または流体導管を有する入口管路と、
前記流体入口から流体出口への方向に前記内部流体空洞内を循環し、前記ハブ壁の内面、前記上壁の内面、前記底壁の内面、前記周囲壁の内面、前記仕切り壁の内面、開口壁の内面、またはそれらの組み合わせのうちの1つまたは複数との流体接触を維持する前記冷却プレート装置の中心軸と、
流体出口継手を介して高圧管路または流体導管を有する出口管路の第1の端部に取り外し可能に接続され、流体連通している流体出口を介した前記冷却プレート装置の前記冷却体の前記内部流体空洞とを有する流体連通で相互接続されたコンポーネントを通して流体冷却剤の流れを生成し、前記出口管路の第2の端部は、前記冷却剤源に取り外し可能に接続され、流体連通し、
それによって、冷却剤の流れを、冷却剤源から前記入口管路を通して、前記冷却プレート装置へ、前記1つまたは複数の流体入口を介して前記冷却プレート装置の前記冷却体の前記内部流体空洞へ、前記冷却プレート装置の前記中心軸の周りで、前記流体入口から前記流体出口への方向に、流体出口継手を介して出口管路を通して前記流体出口を介して前記内部流体空洞から出して、前記冷却剤源に戻し、伝導、対流、放射によって前記電気モータおよびその部品を冷却し、それによって、反復サイクルで前記電気モータからの熱を輸送する、請求項1から33のいずれか一項に記載の冷却プレート装置。 The cooling plate arrangement is indirectly coupled to the cooling system of the electric motor, and the cooling body interconnects with heat-conducting components of the electric motor, thereby providing the upper wall, the bore, and the fasteners. heat is transferred from the electric motor to the cooling body by surface contact and conduction using a, cooled fluid coolant is recirculated, and the cooling plate device is configured to:
a coolant source having one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, or a coolant outlet;
At a first end, a coolant source having one or more of a coolant pump, a coolant reservoir, a coolant junction, or a coolant outlet; an inlet having a high pressure line or fluid conduit removably connected to and in fluid communication with an inlet fitting of said one or more fluid inlets of said cooling body configured to receive a fluid coolant in an internal fluid cavity; a pipeline;
Circulating within the internal fluid cavity in a direction from the fluid inlet to the fluid outlet, the inner surface of the hub wall, the inner surface of the top wall, the inner surface of the bottom wall, the inner surface of the peripheral wall, the inner surface of the partition wall, and an opening. a central axis of the cooling plate apparatus maintaining fluid contact with one or more of the inner surfaces of the walls, or combinations thereof;
said cooling body of said cooling plate apparatus via a fluid outlet removably connected to and in fluid communication with a first end of an outlet line having a high pressure line or fluid conduit via a fluid outlet fitting; generating a flow of fluid coolant through interconnected components in fluid communication having an internal fluid cavity, the second end of the outlet conduit being removably connected to and in fluid communication with the coolant source; ,
Thereby, a flow of coolant is directed from a coolant source, through the inlet conduit, to the cooling plate arrangement, and through the one or more fluid inlets to the internal fluid cavity of the cooling body of the cooling plate arrangement. , about the central axis of the cooling plate apparatus, in the direction from the fluid inlet to the fluid outlet, through an outlet conduit through a fluid outlet fitting and out of the internal fluid cavity through the fluid outlet; 34. A coolant source as claimed in any one of the preceding claims, cooling the electric motor and its components by conduction, convection, radiation, thereby transporting heat from the electric motor in a repeating cycle. cooling plate device.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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